Monitoreo de condición, Diagnóstico y Gestión de la Vida útil de Transformadores de Potencia Juan L. Velásquez
Seminario DMTP Centro America 2011
1 June 2011
Agenda 1.
Introducción
2.
Caracterización de fallas en transformadores
3.
Monitoreo
4.
Diagnóstico 4.1 Técnicas tradicionales 4.2 Técnicas avanzadas
5.
Matriz de detección y diagnóstico
6.
Gestión de vida útil: Evaluación de condición
7.
Instrumentos comerciales (OMICRON)
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Page 2
1. Introducción Ciclo de vida de un Transformador
1
2
Fabricación
Defectos en el proceso de fabricación, Problemas de dieseño
Transporte
Daños durante el transporte
3 Instalación y puesta en servicio
Errores de instalación
Riesgos
4 Operación
•Envejecimiento natural •Eventos (sobrecargas, sobretensiones, sobretemperaturas)
Monitoreo y Diagnóstico © OMICRON
Page 3
1. Introducción
4
1 Defectos en el proceso de fabricación, problemas de diseño
2 Daños durante el transporte
3 Errores de instalación
Pruebas en fabrica
Pruebas de aceptación
Puesta en marcha
Diagnóstico
Monitoreo Diagnóstico
Diagnóstico
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Page 4
Envejecimiento natural Eventos (sobrecorrientes, sobretensiones, sobretemperaturas)
Pruebas periodicas de mantenimiento
Monitoreo Diagnóstico
El diagnóstico visto desde el punto de vista de una red eléctrica equivalente
C12
Cs1
R1
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
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Page 5
Cs2
N2
R2
1. Introducción: Pruebas en fábrica
Frequency Response Analysis
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1. Introducción: Pruebas en fábrica
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1. Introducción: Pruebas de aceptación Se realizan al final del proceso de transporte •Inspección externa •Pruebas eléctricas tradicionales (relación de transformación, resistencia de devanados, etc.) •Registradores de impacto Transformadores con registros de impactos >3G deben ser revisados e inspecciones adicionales son necesarias
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•Inspecciones internas •FRA
1. Introducción: Pruebas de aceptación
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1. Introducción: Pruebas de aceptación
© OMICRON
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1. Introducción: Pruebas de aceptación
© OMICRON
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1. Introducción: Pruebas de aceptación Ejemplo de inspecciones internas vía endoscópia
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1. Introducción: Pruebas periodicas de mantenimiento ¿Por qué es importante pruebas periodicas de diagnóstico como parte del plan de mantenimiento?
100 90 80
quantity
70 60 50 40 30 20 10 0
1-5
6-10
11-15
16-20
21-25
26-30
31-35
36-40
age of transformers in service / years
© OMICRON
Page 13
41-45
46-50
51-55
1. Introducción: Pruebas periodicas de mantenimiento
© OMICRON
Page 14
1. Introducción: Pruebas periodicas de mantenimiento Monitoreo: DETECCIÓN •En tiempo real •Periodica
Diagnóstico: VERIFICACIÓN, LOCALIZACIÓN, CAUSAS •Técnicas tradicionales •Técnicas modernas TOMA DE DECISIONES: Por ejemplo, programación de un mantenimiento bajo el conocimiento del lugar ocupado por el transformador en su vida útil y las consequencias de una falla en el mismo. © OMICRON
Page 15
Fault occurs Failure occurs here with fault Operational stress Spare margin
Failure occurs here without fault
System events
Critical value
NORMAL
Condition
DEFECTIVE
FAULTY
FAILED
CIGRÉ Report. Life Management for Power Transformers. Working Group A2.18. June 2003
Definition
Normal
No obvious problems, No remedial action justified. No evidence of degradation.
Defective
No significant impact on short-term reliability, but asset life may be adversely affected in long term unless remedial action is carried out.
Faulty
Can remain in service, but short-term reliability likely to be reduced. May or may not be possible to improve condition by remedial action.
Failed
Cannot remain in service. Remedial action required before equipment can be returned to service (may not be cost effective, necessitating replacement). Page 16
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01/06/2011
2. Caracterización de fallas en transformadores Parte activa Devanados
Estructura
Núcleo
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Conductores
Estructura de compresión
Tap Changer
Accessories
Vessel & Oil
Bushings
Core
Frequency
Winding
2. Caracterización de fallas en transformadores
Source: Cigre WG 12-05 „An international survey on failures in large power transformers in service“, Electra No. 88, 1983
2. Fallas de naturaleza eléctrica Cortocircuito entre espiras y entre hebras
2. Fallas de naturaleza eléctrica
Cortocircuito a tierra
Puntos flotantes
2. Fallas de naturaleza eléctrica
Cortocircuito entre laminas del núcleo
Este tipo de falla es usualmente iniciado por corriente circulantes en el núcleo, las cuales al mismo tiempo son originadas por multiple aterramiento del núcleo.
2. Fallas de naturaleza eléctrica Ejemplos de los efectos de corrientes circulantes Falla a tierra del núcleo
2. Fallas de naturaleza térmica Puntos de alta resistencia (carbonización de conductores)
2. Fallas de naturaleza térmica Puntos abiertos (carbonización de conductores)
2. Fallas de naturaleza térmica Incremento de la resistencia de contacto
2. Fallas de naturaleza térmica Carbonización de pantallas electroestáticas
2. Fallas de naturaleza mecánica Fuerzas electromagnéticas
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Forces Primary winding Secondary winding
F = LI × B
Leakage flux primary winding Leakage flux secondary winding
Video 1
Video 2
2. Fallas de naturaleza mecánica Inestabilidad axial
2. Fallas de naturaleza mecánica Tilting causado por fuerzas de compresión
Inestabilidad axial
2. Fallas de naturaleza mecánica Falla de la estructura de compresión
Inestabilidad axial y deformación radial
2. Fallas de naturaleza mecánica Deformación de conductores entre espaciadores de soporte
2. Fallas de naturaleza mecánica Deformación de conductores internos
2. Fallas de naturaleza mecánica Deformación radial
2. Fallas de naturaleza mecánica Deformación del núcleo
3. Monitoreo Medir una variable en tiempo real + mecanísmo de alarma
Métodos usados generar alarmas
Umbrales
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Redundancia de sensores
Reconocimiento de patrones
Page 36
Modelos de predicción
Monitoreo basado en modelos
Modelos físicos
Modelos empíricos
Predicted signal= f(input1…input n) Input 1 Input 2
measured Modelo
Output
model
Input n
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Page 37
Establecimiento de umbrales de desviación
Layer type winding
Disc type winding
Core
Radiator Cooling ducts
3. Monitoreo Transformer thermal diagram according to IEC 354 Hg Top of winding
Top oil Hot-spot Average oil
Bottom of winding
g
Average winding
Bottom oil Temperature rise
3. Monitoreo Sensores de fibra óptica para medir directamente la temperatura de devanados, aceite y núcleo
3. Monitoreo
Load current at t-45 min Top oil temperature at t Linear function
Ambient temperature at t
Tangent sigmoid function
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Page 41
3. Monitoreo Measured data ANN model
60 50
EWMA Chart of Error
40
8 UCL=6.78 6
30
0
500
1000
1500 Measurement points
2000
2500
3000
4 2 EWM MA
Top oil Temperature (ºC)
70
10
_ _ X=0.11
0 -2
Error (ºC)
5
-4 -6
0
LCL=-6.57
-8 1
-5 -10
© OMICRON
500
1000
1500 Measurement points
2000
2500
Page 42
288
575
862
1149 1436 1723 Sample
2010 2297 2584
3. Monitoreo Otras variables que se suelen medir en tiempo real para monitoreo son: •Temperatura de la parte inferior del aceite •Contenido de humedad en el aceite •Gases (sistemas básicos, completos) •Consumo de potencia del motor del cambiador de tomas •Tangente de delta de bushings •Funcionamiento del sistema de enfriamiento •Descargas parciales (UHF) •Vibraciones (aún en etapa de maduración)
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Page 43
Métodos de Diagnóstico
4. Diagnóstico
Avanzados
Tradicionales Métodos químicos
ACEITE Dissolved gasses (DGA) Physicalchemical and electrical Analysis (PCEA) Furan Analysis (FUR) Conductivity (COND)
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Termografía (IRI)
PAPEL Degree of polymerisation (DP) KF in paper (MPKF)
Rel. Transformación (TTR) Excit. current (EXCU) Mag. bal. test (MABA) Static Wind. resist. (DCWR)
Métodos eléctricos
Freq. Resp. Stray Loss. (FRSL) Core Grounding (CGRO) Short-circuit Imped. (SCI) Insulation resistance (INRE)
Dissip. factor 50/60 Hz (DF) Polarization index and dielectric absorption (POI/DA)
Page 44
Freq. Resp. Analysis (FRA)
Freq. Resp. Diss. Fact. (FRDF) Diss. factor Tip-up (DFTU) Dielec. Resp. Method (DRM) Partial discharges (PD) Other non-conventional advanced methods: FRLI, FRCL, MCT
4.1 Técnicas de Diagnóstico Tradicionales > Métodos químicos en el aceite > Análisis de gases disueltos en el aceite (DGA) Gas clave H2 CH4 C2H4, C3H6 C2H6, C3H8 C2H2 CO CO2 CH6 O2 N2
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Naturaleza del modo de fallo Eléctrica, Degradación Eléctrica, Degradación Térmica, Degradación Térmica, Degradación Eléctrica, Degradación Térmica, Degradación Térmica, Degradación Térmica, Degradación Degradación Degradación
Page 45
Análisis de gases disueltos Individual gas concentrations and total dissolved gas concentrations according to IEEE C57.104 Status Condition 1 Condition 2 Condition 3 Condition 4
Carbon monox. (CO)
Carbon diox. (CO2)
TDCG
≤65
≤350
≤2500
720
51-100
66-100
351-570
2500-4000
721-1920
51-80
101-200
101150
571-1400
4001-10000
1921-4630
>80
>200
>150
>1400
>10000
>4630
Hydrogen (H2)
Methane (CH4)
Acetylene (C2H2)
Ethylene Ethane (C2H4) (C2H6)
≤100
≤120
≤35
≤50
101-700
121-400
36-50
701-1800
401-1000
>1800
>1000
Page 46
Valve plug
Analyse individual gas concentrations (IEEE, IEC and others)
DGA Measurement: determination of gas concentrations
Syringe valve and auxiliary sampling valve
No Keep normal sampling/test routine
Abnormal gas generation rate?
Diagnosis of failure nature Hybrid interpretation criteria (IEEE/IEC/Others)
Monitoring Interpretation of the rates using R and TCGv indicators
IEC -Basic gas ratios -Additional ratios
Other creteria (user, manufacturer)
IEEE -Key Gas method -Doernenburg ratios -Rogers ratios © OMICRON
Yes
Re-sample to find gas generation rate based on TCG and TDCG levels
No Yes
Condition 1?
Mixture of failures is diagnosed
Specific failure nature is diagnosed (Electrical Corona/Arcing, Thermal)
Failure mode diagnosis -Electrical diagnostic methods Page 47
IEC -Graphical analysis -Simplified scheme of interpretation
1000 CO
800
H2
600
CH4
400
C2H6 C2H2
200 0 0
2
4
6
Years
800 CO 600
H2 C2H2
400
C2H4
200 0 0
1
2
3
4
3000
Years
C2H4 CH4 C2H6
2000
H2 C2H2 1000 0 0
2
4
6
8
Months
Análisis físico químico y eléctrico del aceite Classification of tests for mineral oil according to IEC 60422
Group 1 Water content Colour and appearance Breakdown voltage
Group 2 Interfacial tension Particle count Sediment and sludge
Group 3 Corrosive sulphur Flash point Oxidation stability Pour point
Dissipation factor
Compatibility
Inhibitor content
Viscosity Polychlorinated biphenyls (PCBs)
Acidity Commonly performed tests © OMICRON
Page 49
Density
Análisis físico químico y eléctrico del aceite > Análisis fisico-quimico Técnica Color y Apariencia Valoración de Karl Fisher en el aceite Humedad relativa en el aceite (MSO) Tensión de Ruptura Factor de Disipación (factor de potencia) Índice de Neutralización Tensión Interfacial
Naturaleza del modo de fallo Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del aceite
> Otros Técnica Análisis de Furanos(FUR) Análisis de Azufre Corrosivo (CSA) Prueba de Conductividad del aceite (CON) Karl Fisher o Saturación de agua en el aceite más diagramas de equilibrio (MOED) © OMICRON
Page 50
Naturaleza del modo de fallo Degradación del papel Degradación del aceite Degradación del aceite Degradación del papel
Análisis de compuestos furánicos
Full organic terminology for the six furanic species 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde Furfuryl alcohol 2-furaldehyde 3-furaldehyde (surrogate) 2-acetyl furan 5-methyl-2-furaldehyde
© OMICRON
Page 51
Mayers Lab 5H2F 2FOL 2FAL 3FAL 2ACF 5M2F
Análisis de compuestos furánicos Para papel termicamente mejorado
log10 ሺtotal furansሻ − 4.0355 DP = −0.002908 log10 ሺ2FALx0.88ሻ − 4.51 DP = −0.0035 2-Furaldehyde (ppm) 0-0.1 0.1-0.5 1.0-2.0 >10
© OMICRON
Degree of polymerization 800-1200 700-550 500-450 <300
Page 52
Extent of degradation Insignificant Significant Cause of concern End of life
Métodos químicos en el papel Técnica Valoración Karl Fisher en papel (KFDP) Grado de polimerización (DPO)
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Naturaleza del modo de fallo Degradación del papel Degradación del papel
Page 53
Inspección termografica
© OMICRON
Page 54
Métodos eléctricos
Técnica Resistencia de aislamiento (IR) Factor de disipación (DF) Relación de transformación (TTR) Resistencia de devanado (DCWR) Impedancia de corto-circuito (SCI) Corriente de excitación (EXCU) Prueba de balance magnético (MABA)
© OMICRON
Page 55
Naturaleza del modo de fallo Degradación Degradación Eléctrica Eléctrica, Térmica Mecánica Eléctrica Eléctrica
Resistencia de devanados de CC: estática C12
Cs1
R1
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
© OMICRON
Cs2
N2
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R2
Parámetros cláves: R1, R2
Resistencia de devanados de CC: estática DC Winding Resistance (Ω)
1.150 1.100 1.050 1.000 0.950 0.900 0.850 0.800 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
DC Winding Resistance (Ω)
Tap position
0.65 RDC Phase A
0.63
RDC Phase B RDC Phase C
0.61 0.59 0.57 0.55
1716151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Tap position © OMICRON
Page 57
Resistencia de devanados de CC: dinámica A
Slope
α
3 Ripple
1
4 2
1 = Diverter switch switches to the first commutating resistor 2 = Both commutating resistors are in parallel 3 = Final contact of the diverter contact B is reached 4 = Current control of the CPC 100 regulates the current to the nominal test current again © OMICRON
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Resistencia de devanados de CC: dinámica
© OMICRON
Page 59
Relación de transformación C12
Cs1
R1
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
© OMICRON
Cs2
N2
Page 60
R2
Parámetros cláves: N1, N2
Relación de transformación
TTRሺ%ሻ = ൬
© OMICRON
Ratiomeasured − Rationominal Rationominal
Page 61
൰ × 100
Interpretación: Nominal turn ratio at Tap position X
Calculation of ratio deviation TTR (%)
Below limits in all tap positions? Yes
Pass
Yes
Healthy windings: No electrical failures are suspected
Measured turn ratio at Tap position X
Higher than limits only in a section?
Higher than limits in all tap positions?
Yes Fail
Fail Electrical failure in nontapped winding is suspected
Is TTR(%)>0? Yes Electrical failure in secondary winding
Electrical failure in a section of the tapped winding between taps X and Y is suspected
Is TTR(%)<0? Yes Electrical failure in primary winding
Corriente de excitación C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
N2
R2
Parámetros cláves: Lm, Rm
Corriente de excitación
La interpretación de los resultados se puede realizar comparando con pruebas previas, sólo si las condiciones de flujo remanente son las mismas. Se suele evaluar los resultados comparando entre fases (patrones típicos)
Corriente de excitación
Exciting Current [mA]
Exciting Current 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
A B C
1
2
3
4
5
6
7
Tap Changer Position
8
9
10
11
Corriente de excitación Interpretación: Pass TBC Assessment at Tap X
No Phase A Test 1 (Reference) at Tap X
Deviation higher than limits?
Calculation of EXCU (%)
Phase A Test 2 (Actual test) at Tap X
Yes Calculation of EXLO(%)
Deviation higher than limits? No
Yes
Inconsistency is detected. Repeat the test (mistake is suspected)
Fail TBC Assessment at Tap X -Failure or residual magnetism is suspected -Perform PBC assessment
1V-1W 1U-1V 1W-1U
1U-1V 1V-1W 1W-1U
2U-2N 2V-2N 2W-2N
1U-1N 1V-1N 1W-1N
2W-2N
2V-2N
2U-2N
1W-1U
1V-1W
1U-1V
Corriente de excitación Patrones típicos:
Balance magnético C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
N2
R2
Parámetros cláves: Lm, Rm
Balance magnético
VA VB VC A
B φt
C φ2
φ1
N
Balance magnético
VA
VB VC A
B φ1
C φ2
φt
N
Balance magnético
VA VB VC A
B φ2
C φt
φ1
N
Balance magnético Interpretación:
Injection at
Voltage at the outer phase 1 (VA) Outer phase 1 100% of VA Middle phase 40-60% of VB Outer phase 2 15-10 of VC
Voltage at the Voltage at the middle phase (VB) outer phase 2 (VC) 85-90% of VA 15-10 of VA 100% of VB 40-60% of VB 85-90% of VC 100% of VC
Check of magnetic balance VA =VB +VC VB =VA +VC VC =VA +VB
Impedancia de corto-circuito C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
Prueba equivalente trifasica
R2
N2
Prueba por fase
Parámetros cláves: L1, L2
Impedancia de cortocircuito
Resistencia de aislamiento C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
N2
R2
Parámetros cláves: Cg1, C12, Cg2
Resistencia de aislamiento
Resistencia de aislamiento Extracción de la resistencia de aislamiento de medidas de respuesta dieléctrica
Resistencia de aislamiento Resistencia de aislamiento
Índice de polirización
Factor de disipación (Tan delta) a 50/60 Hz C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
UST
R2
Parámetros cláves: Cg1, C12, Cg2
N2
GSTg
4.2. Técnicas de Diagnóstico Avanzadas Técnica Análisis de Respuesta en Frecuencia (FRA) Análisis de Respuesta Dieléctrica (RVM, PDC and FDS) Respuesta en Frecuencia del factor de disipación (FRDF) Barrido de tensión del factor de disipación (tip-UP) Respuesta en Frecuencia de las pérdidas de dispersión (FRSL) Descargas parciales (PD)
© OMICRON
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Naturaleza del modo de fallo Mecánica, Eléctrica, Térmica Degradación del papel y del aceite Degradación del papel y del aceite Degradación del papel y del aceite, fallas a tierra Eléctrica Eléctrica
Respuesta en frecuencia del factor de disipación
Iact Iabs,a
a) Typical pattern for good condition
tanδ
I
Icond.
b
Itotal
Iabs,r
b) Typical pattern for poor condition or high temperature
Irea Idis
a
δ
DF=tanδ=
Iact Irea
U 15 Hz
400 Hz
Frequency
Respuesta en frecuencia del factor de disipación
7.0%
1.40 1.20
5.0% 4.0% 3.0%
ICH
2.0% 1.0% 0.0%
Power Factor (%)
Power Factor (%)
6.0%
1.00 0.80 ICL 0.60
ICH
0.40
ICHL
0.20 0.00
15
30
80
130
230
330
400
15
Frequency (Hz)
© OMICRON
20
35
50
135
Frequency (Hz)
Page 82
220
305
400
1.20
2.24%
1.00
2.22%
0.80 ICHL
0.60
ICH 0.40 ICL 0.20
Power Factor (%)
Power Factor (%)
Barrido de tensión del factor de disipación (tip-UP)
2.2% 2.18% 2.16%
ICH
2.14% 2.12% 2.1%
0.00 2
4
6
8
10
2
12
6
8
Voltage (kV)
Voltage (kV)
© OMICRON
4
Page 83
10
12
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL) C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
Cg2 N1
R2
Parámetros cláves: R1, R2
N2
R1=R1DC+R1AC R2=R2DC+R2AC
El arreglo de medición es exactamente el mismo de la impedancia de cortocircuito © OMICRON
Page 84
Rsc
R (f)
Xsc
Zsc Rac dc represents the losses of the resistance of stray the flux windings
R dc
PAGE 85
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL) El arreglo de medición es exactamente el mismo de la impedancia de cortocircuito HV Winding
B Corrientes inducidas por el flujo de dispersión
LV Winding
© OMICRON
Page 86
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL)
HV Winding
B
Induced currents are compensated
LV Winding
© OMICRON
Page 87
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL) B
Hebras cortocircuitadas
HV Winding Corrientes circulantes
LV Winding Page 88
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL) 12.0Ω
10.0Ω
Resistance (Ohm)
Phase U
Phase V
Phase W
8.0Ω
6.0Ω
4.0Ω
2.0Ω
0.0Ω 0.0Hz
50.0Hz
100.0Hz 150.0Hz 200.0Hz 250.0Hz 300.0Hz 350.0Hz 400.0Hz 450.0Hz Frequency (Hz)
© OMICRON
Page 89
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL)
R(f) 300
mOhm
250 A B C
200 150 100 50 0
50
100
150
200
250
Frequency [Hz]
© OMICRON
Page 90
300
350
400
Respuesta en frequencia de péridas de dispersión (FRSL) Yes
No
Reference results available?
TBC
Is ∆ R(%) between 0 and 5?
PBC
Yes
Is ∆ R(%) between 0 and 10?
Pass
Yes
Pass
No
No Is ∆ R(%) between 5-10?
No
Yes Alert
No Is ∆ R(%) greater than 10?
Yes Yes
Is Rb>Ra or Rb>Rc?
Alert
Yes
Fail -Failure EFSS is suspected -PBC is recommened for confirmation
© OMICRON
Is ∆ R(%) between 10-15?
Page 91
Is ∆ R(%) greater than 15?
Fail
-Failure EFSS is suspected -CBC for clarification of doubtful PBC assessment
No
5. Matrix de detección y diagnóstico DIAGNOSTIC METHODS TRADITIONAL METHODS
Electrical
PD DGA PCEA
CGRO
LRE
• • • • • • • • •
• • • •
Contact resistance failure
• • • •
•
•
Short-circuit between strands Short-circuit to ground Floating potential/ungrounded core Short-circuited core laminations Multiple core grounding
• • • •
•
Axial instability Buckling Bulk movement Loose clamping structure
• •
• •
Lead deformations
• • • • •
Core deformation
• • •
Degradation due to water in oil Degradation due to water in paper
Degradation
Degradation due to temperature Degradation due to aging byproducts in oil Degradation due to corrosive sulphur Degradation due to aging byproducts in paper Degradation due to discharges
• • •
• •
• •
• • •
• •
• • •
• • •
•
• • • •
• • • • • • • • • • • •
• • • • • • •
• • •
• • • • • •
•
• •
• • •
• •
• •
• •
•
•
• • •
© OMICRON
•
• • • • • • •
• • •
• • • • • • • •
Conductor tilting/bending
Mechanical
VIB
MORS
COND/DS
DGA
BOT
Open-circuit failure/interrupted strands
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Short-circuit between turns
Thermal
TOT
TWT
Failure modes in the active part
ADVANCED METHODS
Electrical methods
COND COSU MORS MPED MPIS MPKF FUR DPO TTR EXCU MABA DCWR DF/PF
Chemical methods
INRE/POI CGIR SCI IRI FRA FRA-SC FRSL FRLI FRDF DFTU DRM PD
ON-LINE MONITORING METHODS
• •
• High effectiveness
•
Medium effectiveness
•
Low effectiveness
5. Matrix de detección y diagnóstico Abbre. TWT TOT BOT DGA COND DS MORS VIB LRE CGRO COSU
Abbre. MABA TTR EXCU DCWR DF DFTU INRE POI CGIR IRI FRA FRASC
Description Magnetic balance test Ratio Exciting current DC winding resistance Dissipation factor at rated frequency Dissipation factor Tip-UP test Insulation resistance Polarization index Core grounding insulation resistance Infrared inspections Frequency response analysis
FRSL
Frequency response of stray losses Frequency response of dissipation factor
MPKF FUR
Description Winding hot spot temperature Top oil temperature Bottom oil temperature Analysis of dissolved gasses in oil Oil conductivity Dielectric strength Relative saturation of moisture in oil Vibrations Leakage reactance Core grounding current Corrosive sulphur analysis Physical-chemical and electrical oil analysis Moisture in paper based on equilibrium diagrams Moisture in paper based on sorption isotherms Moisture content in paper via KF titration Furan analysis
DPO PD
Degree of polymerization Partial discharges
FRLI
PCEA MPED MPIS
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FRDF DRM FRCL
FRA Short-circuit test
Dielectric response methods Frequency response of core losses Frequency response of leakage inductance
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición Objectivo: proveer una evaluación integral de la condición expresada de una manera que pueda ser implementada en un sistema (e.g. índice de condición “CI”). Las herramientas computacionales actuales permiten planificar el mantenimiento, generar ordenes de trabajo, etc. Pero la planificación usualmente está basada en programas de mantenimiento periodico. Herramientas que permitan relacionar pruebas de diagnóstico con la planificación de mantenimiento también son necesarias © OMICRON
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Condition index (CI)
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición
Classification rules
10 2
Maintenance actions
CIM
3
Inspections
CIM 1
CIR ≤d ≤ CIM
4
Maintenance
CIR 0 ≤ d< CIR
10
β
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Importance index (II)
Replace / Repair
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición 400 kV/220 kV/33 kV, 315 MVA Autotransformer manufactured in 2006
Date 07.20.07 01.18.08 04.26.08 07.19.08 12.23.08 01.07.09 01.16.09 01.17.09 01.30.09 02.17.09
© OMICRON
H2 30 24 27 26 155 154 155 152 140 148
CH4 2 3 4 5 26 27 25 28 27 26
C2H2 1 1 2 2 31 31 31 34 30 30
C2H4 1 0 3 1 3 3 5 4 2 4
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C2H6 0 0 0 0 45 34 28 33 24 20
CO 166 227 269 333 369 374 421 381 402 408
CO2 882 1019 1372 1792 1589 1650 1986 1620 1877 1935
TDCG Delta (%) 200 150.0 255 27.5 305 19.6 367 20.3 629 71.4 623 -1.0 665 6.8 632 -4.9 625 -1.2 636 1.8
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición 400 kV/220 kV/33 kV, 315 MVA Autotransformer manufactured in 2006
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición 400 kV/220 kV/33 kV, 315 MVA Autotransformer manufactured in 2006
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición Diagnostic method Criteria Relación de trans. Deviation from nameplate ≤±0.5% For injection at middel phase (B) the voltage induced in the outer phases should be between 40-60% of the applied Balance magnético voltage For injection at outer phases (A or C), the voltage at B should ne between 85-90% of the applied voltage Corr. de excitación Deviaitons between outer phases ≤±10% for YN windings New <0.5% (20°C), 0.5%≤Deviation≤1%: Normal, >1% Factor de Potencia Defective React. de fuga Deviations should be ≤±3% Resist. devandados Deviations should be ≤±5% FRSL ∆R: Less than 15% between phases FRA Human Expert Analysis/AIAFRA* © OMICRON
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición 120
(a) Ratio
0.1 0 -0.1
1
9
17
Delta AN
-0.2
Delta BN
-0.3
Delta CN
Percentage of applied voltage (%)
Percentual deviation (%)
0.2
(b) Magnetic Balance Test
100 80
AN
60
BN
40
CN
20
-0.4
0 -0.5
1
16 14 12 10 8 6 4 2 0
40
(c) Exciting Current
AN BN CN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Tap position
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Percentual deviation (%)
Exciting current (mA)
Tap position
2 N° Test
3
(d) Deviations in Exciting current
35 30 25
Delta A-B(%) Delta B-C(%) Delta C-A(%)
20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Tap position
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6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición (f) Leakage Reactance
0.270 HV-LV
0.260
HV-G 0.250
LV-G
0.240 0.230
Percentual Deviation (%)
2
5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
5 Voltage (kV)
Leakage reactance (H)
(e) Dissipation factor
Delta C-A (%)
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1.20 1.15 1.10 30
70
100
200
400
(h) Static Winding Resistance DOWN
Delta B-C (%)
70 100 200 Frequency (Hz)
1.25
Frequency (Hz)
Delta A-B (%)
30
L phase A L phase B L phase C
15
(g) Deviations in Leakage Reactance
15
1.30
10
Winding Resistance (Ω)
Dissipation Factor (%)
0.280
0.65 0.63 0.61 A DOWN 0.59
B DOWN
0.57
C DOWN
0.55
400
17 15 13 11 9 7 5 Tap position
Page 104
3
1
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición
FRA Open-circuit Test
-10
FRA Short-circuit Test at low frequencies
-10
-20 -30
100 50 0 15
30
70
100
200
400
-14
Magnitude (dB)
R phase A R phase B R phase C
Magnitude (dB)
Winding resistance ((Ω)
150
-40 -50 -60
Frequency (Hz)
-16
-18
-20
-70
-22
Aa Test 1 Aa Test 2
-80 -90 10
2
10
4
Frequency (Hz)
© OMICRON
Effect of leakage reactance
-12
(i) Frequency Resp. of Stray Losses
Page 105
10
6
AN Test 1 AN Test 2
-24 10
Frequency (Hz)
2
6. Gestión de vida útil: Evaluación de condición De la evaluación de condición se determinó que el transformador tiene una deformación mecánica. Muy probablemente movimiento de devanados (bulk movement) El transformador puede permanecer en servicio, pero tan pronto como sea posible una inspección interna debe ser realizada para confirmar el diagnóstico y planificar las acciones de reparación peretinentes (toma de decisiones).
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7. Instrumentos comerciales (OMICRON)
C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
R2
Cg2 N1
N2
•Resistencia de devanados CC (R1,R2) •Resistencia de devanados CA (R1,R2), también llamada respuesta en frecuencia de pérdidas de dispersión (FRSL) •Reactancias de dispersión (L1,L2) •Corriente de excitación (Lm, Rm) •Relación de transformación (N1,N2) •Factor de disipación (Cg, C12) a 50/60 Hz o un barrido de 15 a 400 Hz
CPC100+TD1
7. Instrumentos comerciales (OMICRON)
•Resistencia de devanados CC (R1, R2) •Relación de transformación (N1, N2)
7. Instrumentos comerciales (OMICRON)
28 A
4A / 15A / 28A
MI600 reference sensor
MI600 •Factor de disipación (Cg, C12)
MI600 test object sensor
7. Instrumentos comerciales (OMICRON) C12
Cs1
R1
Cs2
L2
L1
Lm Cg1
Rm
R2
Cg2 N1
N2
•Todos los parámetros de la red equivalente se ven reflejados en la respuesta FRA •Gracias a la capacidad de medir el efecto de la capacitances Cs, este es el método mas sensible a la detección de deformaciones mecánicas
FRAnalyzer
7. Instrumentos comerciales (OMICRON)
•Factor de disipación (Cg, C12) en un amplio rango de frecuencias •Estimación de humedad en el aislamiento sólido •Resistencia de aislamiento, índice de polarización •Conductividad del aceite
DIRANA
7. Instrumentos comerciales (OMICRON)
•Descargas parciales (este tipo de falla no está asociada a un parametro especifico de la red equivalente)
MPD600, MPD500
¿Preguntas? © OMICRON
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