PROCEDIMIENTO DE DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS.

La presente invención se refiere a un procedimiento que permite la identificación y localización de procesos de daño en el interior de un transformador eléctrico a partir de medidas de la respuesta en frecuencia del mismo.

El procedimiento está formado por una topología de modelo, por unos métodos de cálculo que permiten obtener el valor de sus parámetros característicos, y por unos criterios de diagnóstico basados en los parámetros del modelo. Este procedimiento da soporte a la totalidad de los transformadores con independencia de: su diseño constructivo, del número de fases, del número de lados de tensión y del grupo de conexión.

El procedimiento descrito permite anticipar el fallo del transformador antes de que se produzca sin realizar prospecciones internas, con las enormes ventajas económicas y de operación que esto supone. Esta filosofía de diagnóstico se integra dentro del enfoque más avanzado de

mantenimiento como es el predictivo que, a diferencia de

los enfoques correctivo y preventivo, atiende a la

condición real de cada máquina.

Estado de la técnica Históricamente, el mantenimiento de transformadores ha evolucionado en función del avance del conocimiento y de la técnica, desarrollándose distintos sistemas de diagnóstico. Los sistemas que hoy están consolidados pueden clasificarse en función del tipo de mantenimiento que permiten: mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo o mantenimiento predictivo. En cada uno de ellos se busca un equilibrio entre la complejidad y el coste, y el rendimiento del beneficio obtenidos en su aplicación.

En el mantenimiento correctivo, la intervención es realizada una vez provocada la avería. Este método es el menos exigente y costoso a corto plazo, aunque resulta el de peor rendimiento a largo plazo debido a que la aparición del fallo o avería tiene un gran impacto tanto en el servicio que presta la máquina como en la reparación de la misma. Este mantenimiento se reserva a unidades poco críticas y próximas al fin de su ciclo de vida.

En el mantenimiento preventivo, la intervención es realizada tratando de adelantarse a la existencia de la avería, tomando como referencia un análisis estadístico previo de un parque de transformadores. Este método evita la existencia de muchas de las averías y el coste de sus consecuencias, aunque presenta ineficiencias debidas a las ocasiones en que se interviene sin que exista una necesidad real de hacerlo. Este mantenimiento se reserva a aquellas máquinas de cierta relevancia, con diseños previamente experimentados y que operan en condiciones estándar.

Las técnicas de mantenimiento predictivo de transformadores se basan en la intervención bajo pronóstico de avería o fallo concreto, atendiendo a un proceso de daño concreto en una máquina. Esta forma de operar optimiza la calidad de servicio y la vida útil de transformador. Sin embargo, es muy exigente en cuanto a los requisitos y capacidades de las técnicas de diagnóstico a emplear.

El ensayo o técnica del Análisis de la Respuesta en Frecuencia de los transformadores o FRA, fue inicialmente propuesto en Canadá en 1978 y ha registrado posteriores evoluciones técnicas en el Reino Unido e Irlanda. La aplicación sistemática con experiencias positivas por parte de algunas compañías eléctricas de estos países ha permitido su expansión a otras áreas europeas, destacando por este orden Bélgica, España y Francia.

Las técnicas de diagnóstico FRA se basan en la detección de fallos a partir de desviaciones observadas de la respuesta en frecuencia. La respuesta en frecuencia es obtenida habitualmente en forma de función de transferencia del transformador. Se trata de una medida que contiene una

información muy completa del estado interno del

transformador, aunque también es muy compleja de

interpretar.

La respuesta en frecuencia de un transformador refleja la manera de almacenar energía en el seno del mismo en forma de campo magnético y campo eléctrico. Todo efecto que altere dicho almacenamiento de energía será reflejado de alguna manera en la respuesta en frecuencia. Por ello, este método es sensible a los cambios geométricos de los elementos internos y a las alteraciones de las propiedades de los materiales.

Los fallos mecánicos en un transformador básicamente se deben al desplazamiento de arrollamientos y al deterioro en el cambiador de tomas. Los desplazamientos de arrollamientos son especialmente nocivos, ya que presentan un gran riesgo de fallo catastrófico y son muy difíciles de detectar. En este caso, las técnicas FRA son especialmente interesantes porque presentan una sensibilidad no disponible con otras técnicas.

Los ensayos de Impulso de Baja Tensión o LVI son la alternativa en este sentido a FRA. Sin embargo, presentan como principal inconveniente la dificultad de obtener repetitividad en sus medidas, ya que son sensibles a, por ejemplo, la disposición de los cables de medida.

En los transformadores existen otros mecanismos de daño y los fallos a que dan lugar. Entre otros, estos son tales como cortocircuitos, generación excesiva de gases y temperatura excesiva. Existen actualmente diferentes técnicas de diagnóstico que atienden a estos procesos. Es muy difícil encontrar entre ellas una técnica no invasiva que realice una localización geográfica del lugar donde se ubica el proceso de daño.

Actualmente y en la práctica, el Análisis de la Respuesta en Frecuencia o FRA se aplica principalmente como técnica complementaria en la detección de desplazamientos en los arrollamientos. Esto es debido a que existen las siguientes dificultades, que suponen una barrera de uso:

• La forma habitual de aplicar estas técnicas es la comparación gráfica visual entre la respuesta del transformador en su estado idóneo y en su estado actual. La persona experta que realiza esta comparación visual debe poder extraer información del estado del transformador a partir de la representación gráfica de las medidas.

• Es difícil encontrar una correspondencia entre la medida obtenida de la respuesta en frecuencia y la realidad física interna del transformador. Es decir, es difícil extraer una interpretación física del interior del transformador a partir de las desviaciones observadas.

• Es difícil establecer cuantificaciones en la medida de la respuesta en frecuencia.

El procedimiento de diagnóstico de transformadores eléctricos descrito en esta invención aborda y resuelve las dificultades descritas anteriormente, ofreciendo las siguientes prestaciones:

• Dispone de un modelo que identifica directamente partes internas del transformador.

• Dispone de un método de cálculo que permite valorar los parámetros del modelo anterior a partir de las medidas en frecuencia del transformador.

• Permite realizar una evaluación de las diferentes partes del transformador a partir de la observación de la evolución de los parámetros del modelo que representa a cada una de las partes.

• Permite realizar no sólo una valoración cualitativa, sino también cuantitativa.

• Permite extender ampliamente la aplicación de FRA en el diagnóstico del transformador, convirtiéndola en una técnica fundamental de primera contingencia. Esto es posible gracias a que la medida FRA contiene gran cantidad de información sobre el estado interno del transformador, y al procedimiento descrito en esta invención que permite procesar toda esa información para que el operario pueda comprenderla y aprovecharla.

Descripción El procedimiento de diagnóstico de transformadores que aquí se presenta consta de dos partes originales fundamentales: la topología del modelo y el algoritmo de obtención de sus parámetros. Este procedimiento es de carácter general para todo transformador, con independencia de su diseño constructivo, del número de fases, del número de lados de tensión y del grupo de conexión. A continuación se presenta este procedimiento aplicado a modo de ejemplo a un transformador trifásico de dos tensiones por fase, por ser el tipo de transformador preferentemente implantado en el sector industrial. Una vez expuesto este desarrollo, su aplicación a otro tipo de transformador resulta inmediata.

El esquema de la topología general del modelo es representada en la Figura 1. Es original de este trabajo, y es motivo de reivindicación en la presente patente. En ella, podemos distinguir los siguientes bloques:

1. M.N.B.F. es el SubModelo del Núcleo de Baja Frecuencia.

2. M.N.A.F. es el SubModelo del Núcleo a Alta Frecuencia.

3. M.A.M.F. es el SubModelo del Arrollamiento a Frecuencias Medias.

4. M.A.A.F es el SubModelo del Arrollamiento de Alta Frecuencia.

5. M.H.F. es el SubModelo de alta Frecuencia.

La Topología del Modelo es la mostrada en la Figura 2. Es original de este trabajo, y es motivo de reivindicación en la presente patente. Siguiendo el ejemplo...

1. Procedimiento de diagnóstico de transformadores eléctricos caracterizado por que contiene al menos las etapas de:

-medida de la respuesta en frecuencia del transformador desde los arrollamientos mediante cualquier técnica. -identificación de la respuesta en frecuencia ofrecida por el transformador con los diferentes SubModelos. -obtención simultánea de los parámetros de los SubModelos

M.N.B.F. y M.N.A.F. -obtención de los elementos del SubModelo M.A.M.F. -obtención de los elementos del SubModelo M.A.A.F. -obtención del parámetro de capacidad (Ci) y resistencia (Ri) de aislamiento entre arrollamientos. -obtención de los parámetros de relación de transformación entre dos arrollamientos de la misma fase (N) .

2. Procedimiento de diagnóstico de transformadores eléctricos según la reivindicación 1, caracterizado por que: -las variaciones en el parámetro Rn indican puntos calientes en el núcleo. -las variaciones en el parámetro Ln indican deformaciones en el núcleo. -las variaciones en los parámetros Le1...Len y Ce1...Cen

indican deformaciones en el arrollamiento asociado. -las variaciones en el parámetro Ci indican cortocircuitos

3. Sistema de diagnóstico de transformadores eléctricos caracterizado por que la topología del modelo representativo contiene al menos:

a tierra.

- las variaciones en los parámetros CHV y Ci indican

deterioro en el aislamiento.

- las variaciones en los parámetros Re1...Ren indican

deterioro en las conexiones o contactos asociados

- un bloque o submodelo de baja frecuencia del núcleo (M.N.B.F.) que contiene al menos un parámetro que representa las pérdidas de energía asociadas a la magnetización (Rn) y un parámetro que representa el almacenamiento de energía en forma de campo magnético (Ln) .

-un bloque o submodelo de alta frecuencia del núcleo (M.N.A.F.) que contiene al menos un parámetro que representa la suma de almacenamientos de energía en forma de campo eléctrico (CHV) y un parámetro que representa el almacenamiento de energía en forma de campo eléctrico (Ci) .

-un bloque o submodelo de frecuencias medias para cada arrollamiento (M.A.M.F.) que contiene al menos un parámetro que representa el almacenamiento de energía en forma de campo magnético asociado al flujo de dispersión (Ld) y un parámetro que representa las pérdidas de energía asociadas al camino del flujo de dispersión (Rd) .

-un bloque o submodelo de alta frecuencia para cada arrollamiento (M.A.A.F.) que contiene al menos un conjunto de parámetros que representan el almacenamiento de energía en forma de campo magnético asociado a los flujos parciales (Le1...Len) , un conjunto de parámetros que representan las pérdidas de energía parciales en el conductor (Re1...Ren) y un conjunto de parámetros que representan los almacenamientos parciales de energía en forma de campo eléctrico (Ce1...Cen) .

-un bloque o submodelo de alta frecuencia (M.H.F.) basado en línea de transmisión.