Diagnostico de subestaciones

Monitoreo y diagnóstico en línea
de transformadores de potencia
Roberto Liñán, Rafael Alvarez, León Jiménez, Francisco A. Contreras* y Arturo Núñez
 
Resumen
En el presente artículo se reportan tres técnicas de diagnóstico para transformadores de potencia. La primera consiste en una técnica no invasiva para detectar fallas mecánicas en cambiadores de derivación con carga de transformadoresde potencia utilizando sensores de vibración. La segunda consiste en un diagnóstico en línea para detectar la presencia de arqueos y descargas parciales en el transformador de potencia basada en el registro y análisis de señales usando sensores ultrasónicos que detectan el sonido que emiten esos fenómenos desde el exterior del tanque del transformador. La tercer técnica consiste en analizar losgases disueltos en el aceite aislante de los transformadores, con la cual y de acuerdo con los niveles y relaciones existentes, es posible determinar el proceso de deterioro involucrado.
Se presentan resultados de la aplicación de las tres técnicas de diagnóstico mencionadas, las cuales se usaron para evaluar algunos transformadores en diferentes subestaciones de la Comisión Federal de Electricidad(CFE).
 
Planteamiento del problema
En las redes de transmisión y distribución de energía eléctrica, los transformadores de potencia son componentes costosos, vitales y críticos en el sistema eléctrico. En el mundo, la distribución de la estadística de fallas para transformadores de potencia que utilizan cambiador de derivaciones bajo carga indica que 41% de las fallas están relacionadas con elcambiador de derivaciones; 19% con los devanados; 3% con el núcleo; 12% con terminales; 13% con el tanque y fluidos, y 12% con accesorios [Bengtsson, C. et al., 1996]. En México, la estadística de fallas muestra que 53% se refieren a problemas de aislamiento en devanados; 19%, a boquillas; 11%, al cambiador de derivaciones; 2%, al núcleo; 13%, a otras causas, y 2%, a explosiones con incendio.
Loanterior ha obligado a las compañías de suministro eléctrico a establecer programas de diagnóstico y mantenimiento preventivo para asegurar una operación confiable de los equipos. Sin embargo existen algunos inconvenientes, ya que en sus programas de mantenimiento se contempla la salida de servicio de los equipos, lo que origina costos que podrían ser innecesarios. Tal es el caso de loscambiadores de derivación con carga de los transformadores de potencia, de los cuales no se podía conocer su estado operativo sin extraerlos del transformador.
Por otro lado, la detección de cierto tipo de eventos (por ejemplo, arqueos en guías, falsos contactos, problemas de blindaje del núcleo y descargas parciales) y su localización dentro del tanque de los transformadores constituía un problema aúnsin resolver hasta hace poco tiempo. El método más usado para la detección de descargas parciales es el método eléctrico, el cual es de alta sensibilidad, ya que su nivel de detección está por debajo de los 100 pC. La desventaja principal de este método es que involucra la salida de servicio del equipo y no proporciona información sobre la localización de las descargas parciales.
Los recientesavances tecnológicos en el desarrollo de sensores, sistemas de adquisición de datos y software (procesamiento de señales) hacen posible el desarrollo y aplicación de sistemas de monitoreo y diagnóstico para transformadores de potencia. Estos sistemas de monitoreo se diseñan para evaluar en tiempo real la condición del equipo, lo que permite monitorear diferentes parámetros de interés, detectar eldesarrollo de fallas incipientes y diagnosticar condiciones anormales. Así, el uso de sensores de vibración o acelerómetros permite registrar señales de vibración durante la operación de los cambiadores de derivación de los transformadores. Por otro lado, los sensores ultrasónicos detectan, desde el exterior del transformador, el sonido que emiten los arqueos y las descargas parciales, generando...