08.06.2013 Views

Análisis del monitoreo de transformadores en tiempo real - Uruman

Análisis del monitoreo de transformadores en tiempo real - Uruman

Análisis del monitoreo de transformadores en tiempo real - Uruman

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Análisis</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>monitoreo</strong> <strong>de</strong> <strong>transformadores</strong> <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong><br />

Resum<strong>en</strong>:<br />

En el pres<strong>en</strong>te análisis <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>monitoreo</strong> <strong>de</strong> <strong>transformadores</strong> se <strong>de</strong>scribe la aparición<br />

<strong>de</strong> gases ante la <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> su aislación y el principio <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong><br />

los monitores <strong>de</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad y gases disueltos <strong>en</strong> aceite <strong>de</strong><br />

transformador. Se pres<strong>en</strong>tan ejemplos <strong>de</strong> aplicación para la <strong>de</strong>tección temprana<br />

<strong>de</strong> problemas <strong>en</strong> los <strong>transformadores</strong> <strong>de</strong> pot<strong>en</strong>cia y, finalm<strong>en</strong>te, se pres<strong>en</strong>tan los<br />

monitores que emplean mo<strong><strong>de</strong>l</strong>os matemáticos para brindar información <strong><strong>de</strong>l</strong> estado<br />

<strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador.<br />

Introducción:<br />

Los <strong>transformadores</strong> <strong>de</strong> pot<strong>en</strong>cia son elem<strong>en</strong>tos críticos para la provisión <strong>de</strong><br />

<strong>en</strong>ergía eléctrica y su a<strong>de</strong>cuado mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to es clave para la prolongación <strong>de</strong><br />

su vida útil.<br />

Las nuevas tecnologías <strong>de</strong> <strong>monitoreo</strong> continuo <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, aportan valiosa<br />

información acerca <strong><strong>de</strong>l</strong> comportami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> los <strong>transformadores</strong> <strong>de</strong> pot<strong>en</strong>cia y el<br />

<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> fallas <strong>en</strong> los mismos. Mediante la <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> variaciones <strong>en</strong> el<br />

cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos y humedad <strong>en</strong> el aceite, se pue<strong>de</strong> alertar acerca <strong><strong>de</strong>l</strong><br />

<strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> la aislación y el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> fallas incipi<strong>en</strong>tes para permitir llevar a<br />

cabo tareas <strong>de</strong> mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to predictivo.<br />

Degradación <strong>de</strong> la aislación:<br />

Los materiales asilantes se <strong>de</strong>terioran con el paso <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tiempo</strong> durante el transcurso<br />

<strong>de</strong> la vida útil <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador y también ante increm<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> temperatura por<br />

sobrecarga o anomalías <strong>en</strong> su estado <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to.<br />

Al <strong>de</strong>gradarse la aislación se liberan gases que se disuelv<strong>en</strong> <strong>en</strong> el aceite. Por un<br />

lado, cuando se <strong>de</strong>teriora el aceite aislante se liberan: hidróg<strong>en</strong>o, metano, etano,<br />

etil<strong>en</strong>o y acetil<strong>en</strong>o (figura 1). Por otro lado, al <strong>de</strong>teriorarse la celulosa <strong><strong>de</strong>l</strong> papel se<br />

libera agua y los sigui<strong>en</strong>tes gases: dióxido <strong>de</strong> carbono y monóxido <strong>de</strong> carbono<br />

(figura 2).


Figura 1<br />

Figura 2


Detección <strong>de</strong> fallas incipi<strong>en</strong>tes:<br />

Un s<strong>en</strong>sor capaz <strong>de</strong> monitorear el increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong> los gases disueltos <strong>en</strong> el aceite,<br />

<strong>en</strong> forma continua y <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, es apto para <strong>de</strong>tectar fallas incipi<strong>en</strong>tes <strong>en</strong> los<br />

<strong>transformadores</strong> <strong>de</strong> pot<strong>en</strong>cia.<br />

La tecnología Hydran <strong>de</strong> GE, probada <strong>de</strong>s<strong>de</strong> fines <strong>de</strong> la década <strong><strong>de</strong>l</strong> ’70, emplea un<br />

s<strong>en</strong>sor instalado <strong>en</strong> una sola válvula <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador. Sin tuberías adicionales ni<br />

bombas, el aceite aislante se mueve por convección natural y <strong>en</strong>tra <strong>en</strong> contacto<br />

con una membrana permeable a los gases.<br />

Los gases combustibles disueltos <strong>en</strong> el aceite pasan hacia el interior <strong><strong>de</strong>l</strong> s<strong>en</strong>sor<br />

don<strong>de</strong> se produce una reacción química con oxíg<strong>en</strong>o prov<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te <strong><strong>de</strong>l</strong> aire. Es una<br />

oxidación que se produce <strong>en</strong>tre dos electrodos y establece una difer<strong>en</strong>cia <strong>de</strong><br />

pot<strong>en</strong>cial que es proporcional al cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos <strong>en</strong> el aceite.<br />

Es s<strong>en</strong>sible a la pres<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> hidróg<strong>en</strong>o <strong>en</strong> un 100% y, <strong>en</strong> m<strong>en</strong>ores proporciones,<br />

también es s<strong>en</strong>sible a la pres<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> monóxido <strong>de</strong> carbono, etil<strong>en</strong>o y acetil<strong>en</strong>o.<br />

Precisam<strong>en</strong>te, su s<strong>en</strong>sibilidad a la pres<strong>en</strong>cia <strong>de</strong> monóxido <strong>de</strong> carbono es lo que<br />

permite <strong>de</strong>tectar problemas <strong>en</strong> el papel. La <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong> ambos materiales<br />

aislantes se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>tectar <strong>en</strong> forma incipi<strong>en</strong>te.<br />

El <strong>monitoreo</strong> se <strong>real</strong>iza <strong>en</strong> forma continua, <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, y las alarmas se<br />

disparan alertando acerca <strong>de</strong> increm<strong>en</strong>tos <strong>en</strong> el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad y <strong>de</strong> gases<br />

disueltos <strong>en</strong> el aceite: pue<strong>de</strong>n ajustarse para su activación por p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te <strong>de</strong><br />

crecimi<strong>en</strong>to y también por valor absoluto alcanzado.<br />

Cabe <strong>de</strong>stacar que, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la temperatura, el otro gran <strong>en</strong>emigo <strong>de</strong> la<br />

aislación es el agua. La <strong>de</strong>tección <strong><strong>de</strong>l</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad <strong>en</strong> los materiales es<br />

<strong>de</strong> gran importancia, pues su increm<strong>en</strong>to implica un disminución <strong>de</strong> sus<br />

propieda<strong>de</strong>s aislantes.<br />

El <strong>monitoreo</strong> continuo y <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, <strong><strong>de</strong>l</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad <strong>en</strong> el aceite<br />

está disponible <strong>en</strong> el monitor Hydran M2 <strong>de</strong> GE, junto con el <strong>monitoreo</strong> <strong>de</strong> los<br />

gases disueltos, y es clave para la <strong>de</strong>tección temprana <strong>de</strong> posibles anomalías <strong>en</strong><br />

el estado <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador: ingreso <strong>de</strong> agua, <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong><br />

la celulosa (la cual produce liberación <strong>de</strong> agua), fallas <strong>en</strong> el circuito <strong>de</strong><br />

refrigeración, etc.<br />

La <strong>de</strong>tección <strong><strong>de</strong>l</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad se <strong>real</strong>iza mediante un s<strong>en</strong>sor, un film<br />

capacitivo, que está perman<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te <strong>en</strong> contacto con el aceite y cuya capacidad<br />

es proporcional al cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad <strong>en</strong> dicho aceite.<br />

A m<strong>en</strong>or temperatura, la solubilidad <strong><strong>de</strong>l</strong> agua <strong>en</strong> el aceite disminuye y el agua se<br />

<strong>de</strong>splaza <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el aceite hacia el papel aislante el cual la absorbe.<br />

A mayor temperatura <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador, el agua migra <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />

papel hacia el aceite, pues la solubilidad <strong><strong>de</strong>l</strong> agua <strong>en</strong> el aceite es mayor.<br />

Sólo es a temperaturas relativam<strong>en</strong>te estables que pue<strong>de</strong> inferirse el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong><br />

agua <strong>en</strong> el papel a partir <strong><strong>de</strong>l</strong> conocimi<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> agua <strong>en</strong> el aceite y <strong>de</strong><br />

la temperatura a la cual está la muestra <strong>de</strong> aceite. De ahí la gran importancia <strong><strong>de</strong>l</strong><br />

conocimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> dicho parámetro.


A continuación se pres<strong>en</strong>tan ejemplos <strong>de</strong> aplicaciones <strong>real</strong>es <strong>en</strong> las que se<br />

<strong>de</strong>tectaron anomalías <strong>en</strong> el estado <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> los <strong>transformadores</strong> <strong>de</strong><br />

pot<strong>en</strong>cia:<br />

Ejemplo Nº1<br />

Pot<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador: 150MVA<br />

Figura 3<br />

En este primer ejemplo, se produjo un ev<strong>en</strong>to durante una torm<strong>en</strong>ta eléctrica: el<br />

impacto <strong>de</strong> un rayo. Días <strong>de</strong>spués, se produjo un segundo ev<strong>en</strong>to: la falla <strong>de</strong> un<br />

interruptor.<br />

En ambos casos se <strong>de</strong>tectaron increm<strong>en</strong>tos <strong>en</strong> el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos <strong>en</strong><br />

el aceite.<br />

Se había producido ya un daño <strong>en</strong> el transformador y estaba seriam<strong>en</strong>te<br />

comprometida su aislación.<br />

Días más tar<strong>de</strong>, se <strong>de</strong>sarrolló la falla. El cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos se<br />

increm<strong>en</strong>tó rápidam<strong>en</strong>te, lo cual pue<strong>de</strong> verse <strong>en</strong> la forma, <strong>en</strong> la p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te, <strong>de</strong> la<br />

curva <strong>en</strong> la figura 3.<br />

Dicho proceso se produjo <strong>en</strong> el transcurso <strong>de</strong> tan sólo unas pocas horas, <strong>tiempo</strong><br />

sufici<strong>en</strong>te para <strong>de</strong>s<strong>en</strong>ergizar el transformador antes <strong>de</strong> que se produjera un daño<br />

aún mucho mayor.


Ejemplo Nº2<br />

Pot<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador: 900MVA<br />

Figura 4<br />

En este ejemplo se comparan dos curvas <strong>en</strong> la figura 4: por un lado, la curva <strong>de</strong><br />

cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos <strong>en</strong> el aceite <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador y, por otro lado, la<br />

curva <strong>de</strong> la pot<strong>en</strong>cia <strong>en</strong>tregada por el mismo.<br />

Si bi<strong>en</strong> ha estado <strong>en</strong> servicio por más <strong>de</strong> 30 años, no se cargado al máximo. Se<br />

<strong>de</strong>tecta que al sobrepasar los 500MW se produce una exig<strong>en</strong>cia tal que la<br />

aislación comi<strong>en</strong>za a <strong>de</strong>gradarse, por lo cual se produce un increm<strong>en</strong>to <strong>en</strong> el<br />

cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos <strong>en</strong> el aceite <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador.<br />

Dicho cont<strong>en</strong>ido va <strong>de</strong>creci<strong>en</strong>do paulatinam<strong>en</strong>te cuando no se exige al<br />

transformador a trabajar por sobre los 500MW.<br />

El conocimi<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> impacto <strong>de</strong> la sobrecarga sobre el estado <strong>de</strong> la aislación,<br />

permite al operador tomar <strong>de</strong>cisiones acertadas. Esta información es <strong>de</strong> suma<br />

importancia para la evaluación <strong><strong>de</strong>l</strong> régim<strong>en</strong> <strong>de</strong> trabajo al que se someterá al<br />

transformador.<br />

Por supuesto, también se posibilita el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> tareas <strong>de</strong> mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to<br />

predictivo.


Ejemplo Nº3<br />

Pot<strong>en</strong>cia <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador: 180MVA<br />

Figura 5<br />

En este ejemplo, <strong>en</strong> la figura 5, se muestra un caso similar al anterior: un<br />

transformador sometido a un régim<strong>en</strong> <strong>de</strong> trabajo poco exig<strong>en</strong>te.<br />

En dos oportunida<strong>de</strong>s consecutivas, luego <strong><strong>de</strong>l</strong> increm<strong>en</strong>to <strong>en</strong> la pot<strong>en</strong>cia se<br />

<strong>de</strong>tectó un increm<strong>en</strong>to <strong>en</strong> el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos <strong>en</strong> el aceite.<br />

Finalm<strong>en</strong>te, al increm<strong>en</strong>tarse otra vez la pot<strong>en</strong>cia, se produce un importante<br />

increm<strong>en</strong>to <strong>en</strong> el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos.<br />

También, <strong>en</strong> este caso, se exigió al transformador a un régim<strong>en</strong> <strong>de</strong> trabajo que<br />

<strong>de</strong>terioró rápidam<strong>en</strong>te su aislación.<br />

A<strong>de</strong>más <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>monitoreo</strong> simultáneo, <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, <strong>de</strong> cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad y<br />

gases disueltos <strong>en</strong> aceite <strong>de</strong> transformador que <strong>real</strong>iza el Hydran M2 <strong>de</strong> GE, ahora<br />

también pue<strong>de</strong> brindar más información acerca <strong><strong>de</strong>l</strong> estado <strong>de</strong> funcionami<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong><br />

transformador.<br />

Mediante la aplicación <strong>de</strong> mo<strong><strong>de</strong>l</strong>os matemáticos es posible procesar datos<br />

proporcionados por otros s<strong>en</strong>sores instalados sobre el transformador y así brindar<br />

al operador y al personal <strong>de</strong> mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to información que le sea <strong>de</strong> su utilidad.<br />

Por ejemplo, a partir <strong>de</strong> un s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> temperatura <strong><strong>de</strong>l</strong> aceite <strong>en</strong> la parte superior<br />

<strong>de</strong> la cuba, un s<strong>en</strong>sor <strong>de</strong> corri<strong>en</strong>te <strong>de</strong> carga, el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> humedad (obt<strong>en</strong>ido<br />

por el s<strong>en</strong>sor <strong><strong>de</strong>l</strong> Hydran) y la aplicación <strong>de</strong> algoritmos <strong>de</strong> cálculo pue<strong>de</strong>n<br />

obt<strong>en</strong>erse: la temperatura <strong>de</strong> punto cali<strong>en</strong>te, la temperatura <strong>de</strong> burbujeo y su<br />

marg<strong>en</strong> <strong>de</strong> seguridad, la tasa <strong>de</strong> <strong>en</strong>vejecimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> la aislación y el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong><br />

humedad <strong>en</strong> el papel aislante, <strong>en</strong>tre otros.


Conclusión:<br />

Toda la información que se obti<strong>en</strong>e, así como el cont<strong>en</strong>ido <strong>de</strong> gases disueltos y<br />

humedad <strong>en</strong> el aceite <strong><strong>de</strong>l</strong> transformador <strong>en</strong> <strong>tiempo</strong> <strong>real</strong>, es <strong>de</strong> suma utilidad tanto<br />

para el operador como para el personal <strong>de</strong> mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to. Les permite tomar<br />

<strong>de</strong>cisiones acertadas acerca <strong><strong>de</strong>l</strong> régim<strong>en</strong> <strong>de</strong> trabajo al que se lo someterá y<br />

también tomar acciones <strong>de</strong> mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to predictivo, <strong>en</strong> base al mayor<br />

conocimi<strong>en</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> estado <strong>de</strong> la aislación.<br />

Autor:<br />

María Eug<strong>en</strong>ia Gómez Blanco<br />

ARTEC Ing<strong>en</strong>iería S.A.<br />

King 386, Ciudad <strong>de</strong> Bu<strong>en</strong>os Aires, Arg<strong>en</strong>tina<br />

(5411) 4985-2583 Int. 112<br />

egb@artecing.com.ar

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!