Subestación digital a prueba de tormentas

Ante una tempestad, los sistemas de suministro eléctrico deben tener la flexibilidad necesaria para permitir la reparación rápida y restablecer cuanto antes el alumbrado y las actividades comerciales. Para dotar a la red de esa característica, tras el paso del huracán Sandy en Estados Unidos, la compañía Con Edison sustituyó la tecnología convencional por una subestación digital

Por Gerhard Salge

En 2012, el huracán Sandy arrasó Nueva York, con inundaciones de hasta 3.38 metros que sólo se presentan una vez cada 260 años.[1] Realmente, la marea de esta tormenta fue la mayor registrada desde 1700, fecha en la que empezaron a realizarse mediciones de este fenómeno.

Además de la trágica pérdida de vidas humanas, el desastre natural provocó daños a las infraestructuras, valorados en más de 60 mil millones de dólares: casas destruidas, calles, túneles y estaciones de metro inundadas y grandes destrozos provocados por el agua salada. Por ello, extensas zonas de Nueva York se quedaron sin servicio de luz, agua, telecomunicaciones y alcantarillado durante varios días.

Además de la trágica pérdida de vidas humanas, el huracán Sandy provocó daños a las infraestructuras, valorados en más de 60 mil millones de dólares: casas destruidas, calles, túneles y estaciones de metro inundadas y grandes destrozos provocados por el agua salada. Por ello, extensas zonas de Nueva York se quedaron sin servicio de luz, agua, telecomunicaciones y alcantarillado durante varios días

En el rubro eléctrico, Consolidated Edison Inc., conocida como Con Edison, es una de las mayores compañías eléctricas privadas de Estados Unidos, con activos valorados en más de 47 mil millones de dólares. Uno de ellos es precisamente la subestación que sirve al bajo Manhattan, incluida Wall Street, una de las más grandes de este tipo en EEUU y que suministra electricidad a cientos de miles de clientes.

El personal de Con Edison recuerda muy bien la devastación causada por el huracán Sandy. La avalancha de agua marina que inundó la subestación dañó gravemente el cableado de cobre y los armarios de control y distribución. La corrosión que los ingenieros de Con Edison observaron en algunos de los sistemas de control, el cableado y los bloques de terminales parecía llevar años actuando, aunque en realidad se había producido en unas horas.

Desde el huracán Sandy, Con Edison ha invertido mil millones de dólares en su “Plan de protección frente a tormentas”, para mejorar la capacidad de respuesta de los sistemas de suministro eléctrico aéreos y subterráneos a fenómenos meteorológicos extremos. Estas medidas incluyen la protección de subestaciones con muros perimetrales, compuertas y muros de contención reforzados.

Otra parte vital del programa de protección contra tormentas de Con Edison fue la instalación una subestación digital ABB Ability, para garantizar el suministro en la subestación de Manhattan.[2] La idea central fue sustituir varios elementos del equipo del sistema eléctrico convencional por esta tecnología.

La subestación es un componente clave de una red inteligente, en las que las comunicaciones mediante cables de fibra óptica reemplazan a las conexiones de cobre tradicionales que emplean señales de control binarias. Esto incrementa la seguridad, la flexibilidad y la disponibilidad; además, reduce el coste, los riesgos y aumenta la capacidad de recuperación en caso de tormenta

Subestación digital
Es un componente clave de una red inteligente, en la que las comunicaciones mediante cables de fibra óptica reemplazan a las conexiones de cobre tradicionales que emplean señales de control binarias. Esto incrementa la seguridad, flexibilidad y disponibilidad; además reduce el coste, los riesgos y aumenta la capacidad de recuperación en caso de tormenta.

En particular, la totalidad de los datos de control, las mediciones de los dispositivos y los datos de supervisión fluyen a través del bus de comunicaciones digitales de fibra óptica muy fiable. De este modo, no sólo disminuyen los costes de explotación y mantenimiento, sino que mejoran la resistencia y fiabilidad.

Por ejemplo, los datos sobre el estado de los activos se recogen mediante comunicaciones digitales normalizadas para optimizar el rendimiento y mejorar la eficiencia y rentabilidad de la subestación; con ello, se reduce hasta un 50 por ciento el tiempo de inactividad de transformadores y disyuntores.

Además, la capacidad de compartir la información en un bus digital permite utilizar todos los datos disponibles y combinarlos con datos históricos y vistas de flotas. Esto ayuda a acrecentar la confiabilidad de la red y ampliar la vida útil de los activos en esta y otras subestaciones.  Así, el propietario del activo también vincula las prácticas de explotación y mantenimiento de la subestación con las de nivel empresarial.

La nueva subestación digital también permite a Con Edison aprovechar las ventajas de los grandes volúmenes de datos. A partir de ellos, es posible la extracción de datos críticos de los activos e inteligencia comercial para tomar decisiones más rápidas en una situación de crisis. Asimismo, se puede analizar información, identificar tendencias y predecir problemas potenciales. En otras palabras, esta abundancia de datos nuevos propicia un cambio del mantenimiento tradicional basado en el tiempo al fundamentado en el estado.

Controles simplificados
Parte del proceso de digitalización consistió en pasar de varias capas de sistemas de control antiguos, algunos de ellos afectados por las inundaciones provocadas por el huracán Sandy, a un nuevo sistema automático único. Este enfoque simplificó en gran medida las tareas acometidas por el personal y mejoró la seguridad.

Los ingenieros de Con Edison mantuvieron un diálogo continuo con el equipo de ABB durante las fases de diseño, prueba e instalación, y lograron poner en marcha la fase uno dentro del calendario y el presupuesto previstos, sin accidentes ni lesiones.

El uso de la norma abierta de comunicación para subestaciones eléctricas IEC 61850 simplifica aún más las cosas: el nuevo sistema de control y protección de automatización de subestaciones emplea mensajería GOOSE según la norma IEC 61850 para controlar los disyuntores del patio de maniobras. El uso de la norma IEC 61850 permite a Con Edison implantar una solución de control y protección multiproveedor interoperable, cosa antes imposible. La comunicación entre los disyuntores y dispositivos de protección y la operación remota se basan en redes de comunicación de fibra óptica.

Se ha logrado prescindir del 80 por ciento del cableado de control de cobre, sustituido por fibra óptica. Esta disminución aumenta la seguridad, pues cada tramo de cobre (al ser conductor de electricidad) de una subestación constituye un riesgo de descarga eléctrica para el personal

Aparamenta híbrida PASS
Un componente importante de la nueva subestación digital ABB Ability es la aparamenta híbrida del sistema modular de 420 kV Plug and Switch System (PASS), que se ha instalado más de 10 metros por encima del nivel de la subestación original, a salvo de inundaciones extremas, para mejorar la fiabilidad y reducir los cortes eléctricos.

La innovadora PASS ahorra un 50 por ciento de espacio gracias a la inclusión de todas las funciones de la bahía de alta tensión en un espacio reducido, que permite añadir nuevas celdas de conmutación a una subestación densamente poblada sin necesidad de más espacio (la propiedad inmobiliaria en Nueva York es cara y difícil de encontrar).

Igualmente, es fácil de transportar y se instala rápidamente sin necesidad de montar piezas activas ni de realizar pruebas de alta tensión in situ. Esta facilidad de instalación radica en una característica sencilla y eficaz: la rotación rápida de bornas pasantes de la posición de transporte a la de servicio.

Menos cobre
Gracias a la actualización digital de ABB se ha logrado prescindir del 80 por ciento del cableado de control de cobre, sustituido por fibra óptica. Esta disminución aumenta la seguridad, pues cada tramo de cobre de una subestación constituye un riesgo de descarga eléctrica para el personal, puesto que es conductor de la electricidad.

A prueba de tormentas y preparado para el futuro
La digitalización de la red eléctrica es un componente clave del mundo actual, cada vez más conectado. Con la tecnología ABB Ability, las subestaciones digitales permiten a los clientes crear redes eléctricas más fiables que admiten una interacción humana más capaz en términos de explotación, mantenimiento y seguridad para los trabajadores.

En conclusión, Con Edison ha transformado digitalmente la subestación más crítica de Nueva York e implantado medidas contra los fenómenos meteorológicos que incrementarán la resistencia de la red y mejorarán la fiabilidad del suministro eléctrico para los clientes de Manhattan. La flexibilidad que aporta la digitalización permite todas las ampliaciones necesarias, incluso con varios proveedores, lo que garantiza que la subestación digital no sólo está preparada para resistir tormentas, sino también para el futuro.

 

Gerhard Salge
ABB Power Grids Zúrich, Suiza.

Este texto fue publicado en el ABB Review 4/2017

Referencias:
[1] P. M. Orton et al., “A validated tropicalextratropical flood hazard assessment for New York Harbor,” Journal of Geophysical Research: Oceans, published online, 31 December, 2016. Available: http:// onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1002/ 2016JC011679/epdf
[2] ABB Video, “Digital substation helps New York guard against storm chaos.” Available: https:// www.youtube.com/ watch?v=8AduBjK7Iic