Método y aparato para diagnóstico de transformador.

Método de diagnóstico de transformador para un transformador (100) que tiene al menos un devanado de carga(105) y un devanado de fuente (110),

comprendiendo el método:

recoger, (500), en un aparato de diagnóstico de transformador (700) que comprende un procesador (800), durante almenos dos cargas de transformador diferentes, mediciones de una corriente que es indicativa de la carga detransformador, y mediciones de al menos una señal adicional CA de transformador;

derivar (503), en el aparato de diagnóstico de transformador a partir de las mediciones recogidas, al menos dos valoresde una cantidad que depende de al menos una propiedad de transformador así como de la carga de transformador;

determinar (505), en el aparato de diagnóstico de transformador a partir de los valores derivados, un coeficiente o unconjunto de coeficientes de una relación según la cual se espera que varíe dicha cantidad con la carga detransformador; y caracterizado por que

dicha relación se basa en un modelo de transformador en el que se tienen en cuenta los efectos de corrientes demagnetización en el núcleo de transformador, las inductancias de fuga y las resistencias eficaces de los devanadosprimario y secundario; y

comprendiendo el método derivar, en el aparato de diagnóstico de transformador usando al menos uno de dichoscoeficientes, el valor de al menos una de las siguientes propiedades de transformador: la impedancia total de devanado,Zw; la impedancia de un devanado de fuente, Z1; la impedancia de un devanado de carga, Z2; una relación de vueltas, n,y la corriente de magnetización, I0; en el que

el valor de una propiedad de transformador está relacionado con al menos un parámetro de dicho modelo detransformador.

Método y aparato para diagnóstico de transformador

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de los transformadores de potencia, y, en particular, al diagnóstico en línea de transformadores.

Antecedentes Los transformadores generalmente forman parte integrante de un sistema de transmisión de potencia, que ofrece la posibilidad de transformar un nivel de tensión en otro. Los transformadores de sistemas de transmisión de potencia a menudo implican grandes inversiones, y por lo general no se fabrican hasta que son solicitados. En el caso en el que se necesite reemplazar un transformador de un sistema de transmisión de potencia, el reemplazo a menudo implica un largo proceso. Con el fin de evitar situaciones en las que haya que reemplazar un transformador de manera urgente, es deseable detectar un problema que surja en una fase temprana, de manera se pueda realizar el mantenimiento requerido o una sustitución planificada.

Los sistemas de control en línea de transformadores han sido diseñados para detectar e indicar, mientras que el transformador está en funcionamiento, desviaciones de propiedades del transformador que podrían indicar un deterioro del estado del transformador. Ejemplos de propiedades que pueden ser controladas son la temperatura, el gas disuelto en combustible, y la capacitancia de las bornas.

La impedancia de transformador es otra propiedad que se ha utilizado en los diagnósticos de transformadores. Convencionalmente, la impedancia de transformador se ha determinado fuera de línea, es decir, a partir de mediciones realizadas cuando el transformador estaba desconectado del sistema de transmisión de potencia.

En el documento US2010/0188240, se propone controlar la impedancia de transformador mientras que el transformador está en funcionamiento. La posibilidad de controlar la impedancia en línea sería un gran beneficio, ya que la impedancia de un transformador incluye información útil sobre el estado del transformador, mientras que la desconexión de un transformador del sistema de transmisión de potencia con el fin de determinar la impedancia resulta costoso. En el documento US2010/0188240, se propone obtener información sobre la impedancia del transformador mediante la medición de la corriente A y la tensión E en los terminales de transformador, y generar (en un sistema trifásico) una matriz de impedancia de 9x9 a partir de tales mediciones usando las relaciones EiH – EJL = Zijaij y AiH = ai1 +ai2 + ai3, donde aij representa corrientes de terminales de transformador, los índices H y L indican "lado de alta tensión" y "lado de baja tensión", respectivamente; el índice j = l, 2, 3 indica fases de los terminales de alta tensión, y el índice j = 1, 2, 3 indica fases de los terminales de baja tensión. Como se analizó en el documento US2010/0188240, la solución del sistema de ecuaciones obtenido por el análisis propuesto presenta una considerable complejidad computacional, y por tanto se propone una simplificación del modelo. Sin embargo, incluso aunque no se emplee dicha simplificación, la exactitud de los resultados obtenidos por el método propuesto a menudo no será suficiente para los propósitos de diagnóstico de transformadores.

El documento US 2009/099885 da a conocer un procedimiento de dos pasos para la caracterización de un componente eléctrico tal como un motor eléctrico, un generador o un transformador de media o alta tensión. En el primer paso, un conjunto de configuraciones de terminal se aplican a los terminales del componente eléctrico con el fin de obtener datos que describen la respuesta eléctrica lineal del componente a cualquier patrón de tensiones o corrientes aplicadas al terminal. Usando estos datos, la respuesta eléctrica lineal del componente bajo prueba de configuración de terminal se puede calcular en un segundo paso. El procedimiento permite la determinación de la respuesta bajo cualquier prueba de configuración de terminal sin la necesidad de llevar a cabo la medición bajo la prueba de configuración de terminal. Este tipo de información se utiliza en el denominado análisis de respuesta de frecuencia (FRA) , que se aplica al evaluar el estado o deterioro de un transformador.

Resumen Un objeto de la presente invención es proporcionar un método más preciso para el diagnóstico en línea de transformadores.

Este problema se plantea mediante un método de diagnóstico de transformador que se puede utilizar para un transformador que tiene al menos un devanado de carga y un devanado de fuente. El método comprende recoger, durante al menos dos cargas de transformador diferentes, mediciones de una corriente que es indicativa de la carga de transformador, y mediciones de al menos una señal adicional CA de transformador. El método comprende, además, derivar, a partir de mediciones recogidas, al menos dos valores de una cantidad que depende de al menos una

propiedad de transformador y de una carga de transformador, y determinar, a partir de valores derivados, un coeficiente o un conjunto de coeficientes de una relación según la cual se espera que varíe la cantidad con la carga de transformador. El método comprende además el uso de al menos uno de dichos coeficientes en la realización de un diagnóstico de transformador.

Mediante el método de la invención se proporciona una manera de determinar valores de propiedades de transformador que de otro modo serían difíciles de medir. Por otra parte, el método de diagnóstico inventivo se puede utilizar ventajosamente en línea, facilitando de este modo el control y el diagnóstico sin tener que hacerlo fuera de línea.

El término señal CA de transformador se utiliza aquí para referirse a una señal procedente del conjunto {I1, I2, V1, V2}, donde I1, I2 son, respectivamente, las corrientes a través de los devanados de fuente y de carga del transformador, y V1, V2 son, respectivamente, las tensiones a través de los lados de fuente y de carga del transformador.

La recogida de las mediciones se podría realizar mediante la recepción de señales de medición directamente del equipo de medición, o mediante la recepción de datos de medición a partir de otra fuente, tal como una memoria legible por ordenador o un aparato de diagnóstico diferente.

El valor de un coeficiente puede ser descrito generalmente en lo que se refiere a una expresión que implica al menos una propiedad de transformador. Algunos coeficientes son en realidad iguales al valor de una propiedad de transformador, en cuyo caso la expresión llega a ser simple. En una realización del método de diagnóstico, la realización de un diagnóstico comprende el uso de al menos un coeficiente para obtener al menos una propiedad de transformador, utilizando la expresión de hasta qué punto depende el coeficiente de la propiedad o propiedades de transformador. Por lo tanto, en esta realización, un valor de una propiedad de transformador puede determinarse a partir de mediciones en línea, proporcionando información útil sobre el estado del transformador. La determinación de una propiedad de transformador se puede repetir de vez en cuando, recogiendo otras mediciones a diferentes cargas, y determinando un nuevo coeficiente o conjunto de coeficientes a partir de los cuales se puede determinar un nuevo valor de la propiedad.

En una realización del método de diagnóstico, la realización de un diagnóstico incluye recoger una medición de control en línea de al menos una señal CA de terminal a una primera carga de control; derivar un valor en base a la medición de la cantidad a partir de la medición de control; y determinar un valor esperado de la cantidad a la primera carga de control utilizando dicha relación y dicho coeficiente o coeficientes. El valor basado en la medición de la cantidad es comparado después con el valor esperado de la cantidad, a fin de detectar cualquier problema de transformador al darse un cambio en la cantidad. Puesto que la cantidad depende de al menos una propiedad de transformador, los cambios de una propiedad de transformador de la que depende la cantidad se reflejarán en el valor de la cantidad. Por lo tanto, se puede lograr de manera efectiva mediante el control en línea de la cantidad, y el control en línea de las propiedades de las que depende la cantidad. Si se desea, el valor real de la propiedad o propiedades de transformador se puede determinar tras una indicación de un cambio.

La recogida de una medición de control en línea y la comparación con el valor esperado correspondiente se puede repetir tan a menudo como sea necesario o deseado, por ejemplo en intervalos de tiempo que van de segundos a años. Las mediciones de control podrían ser realizadas de forma regular o según demanda.

La relación según... [Seguir leyendo]

1. Método de diagnóstico de transformador para un transformador (100) que tiene al menos un devanado de carga (105) y un devanado de fuente (110) , comprendiendo el método:

recoger, (500) , en un aparato de diagnóstico de transformador (700) que comprende un procesador (800) , durante al menos dos cargas de transformador diferentes, mediciones de una corriente que es indicativa de la carga de transformador, y mediciones de al menos una señal adicional CA de transformador;

derivar (503) , en el aparato de diagnóstico de transformador a partir de las mediciones recogidas, al menos dos valores de una cantidad que depende de al menos una propiedad de transformador así como de la carga de transformador;

determinar (505) , en el aparato de diagnóstico de transformador a partir de los valores derivados, un coeficiente o un conjunto de coeficientes de una relación según la cual se espera que varíe dicha cantidad con la carga de transformador; y caracterizado por que dicha relación se basa en un modelo de transformador en el que se tienen en cuenta los efectos de corrientes de magnetización en el núcleo de transformador, las inductancias de fuga y las resistencias eficaces de los devanados primario y secundario; y

comprendiendo el método derivar, en el aparato de diagnóstico de transformador usando al menos uno de dichos coeficientes, el valor de al menos una de las siguientes propiedades de transformador: la impedancia total de devanado, Zw; la impedancia de un devanado de fuente, Z1; la impedancia de un devanado de carga, Z2; una relación de vueltas, n, y la corriente de magnetización, I0; en el que el valor de una propiedad de transformador está relacionado con al menos un parámetro de dicho modelo de transformador.

2. Método de diagnóstico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

recoger, en el aparato de diagnóstico de transformador, una medición de control en línea de al menos una señal CA de terminal a una primera carga de control;

derivar, en el aparato de diagnóstico de transformador, un valor basado en las mediciones de la cantidad a partir de la medición de control;

determinar, en el aparato de diagnóstico de transformador, un valor esperado de la cantidad en la primera carga de control, utilizando dicha relación y dicho coeficiente o coeficientes;

comparar, en el aparato de diagnóstico de transformador, el valor basado en las mediciones de la cantidad con el valor esperado con el fin de detectar cualquier problema de transformador al darse un cambio en la cantidad.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además recoger, en el aparato de diagnóstico de transformador, otra medición u otras mediciones de control en línea de por lo menos una señal CA de terminal a al menos otra carga;

determinar, en el aparato de diagnóstico de transformador a partir de las mediciones de control en línea, otro conjunto de al menos un coeficiente para dicha relación;

derivar, en el aparato de diagnóstico de transformador a partir del otro coeficiente u otros coeficientes, otro valor de dicha propiedad de transformador; y

comparar, en el aparato de diagnóstico de transformador, el primer valor y el otro valor de la propiedad de transformador con el fin de detectar cualquier cambio de dicha propiedad.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

la relación según la cual la cantidad varía con la carga de transformador es una relación lineal, en la que la pendiente y/o la intersección a carga cero es indicativa de una propiedad.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que

dicha cantidad es la diferencia (∆V, ∆V') entre la tensión a través de los terminales de un primer devanado en un primer lado de transformador y la tensión a través de un segundo devanado en un segundo lado de transformador tal como se refleja hacia el primer lado.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la cantidad es la fuente de corriente.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha cantidad es la pérdida de potencia en el interior del transformador.

8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

el paso que consiste en determinar un conjunto de coeficientes de una relación comprende realizar un ajuste N-1 dimensional de al menos N valores derivados de la cantidad, donde N representa el número de devanados del transformador a diagnosticar.

9. Aparato de diagnóstico de transformador que comprende:

una entrada configurada para recibir señales indicativas de mediciones de señales CA de un transformador, incluyendo mediciones indicativas de la corriente de carga de transformador;

una salida configurada para ofrecer un resultado de diagnóstico de transformador;

un procesador (800) conectado a la entrada y configurado para:

recoger, durante al menos dos cargas de transformador diferentes, mediciones de una corriente indicativa de la carga de transformador, y mediciones de al menos otra señal CA de transformador;

derivar, a partir de las mediciones recogidas, al menos dos valores de una cantidad que depende de una propiedad de transformador y de la carga de transformador; y

determinar, a partir de valores derivados, un coeficiente o conjunto de coeficientes de una relación según la cual se espera que dicha cantidad varíe con la carga de transformador; caracterizado por que dicha relación se basa en un modelo de transformador, en el que se tienen en cuenta los efectos de corrientes de magnetización en el núcleo de transformador, las inductancias de fuga y las resistencias eficaces de devanados primario y secundario; y por que el procesador está configurado además para determinar, utilizando al menos un coeficiente de dicho conjunto de coeficientes, un valor de al menos una de las siguientes propiedades de transformador: la impedancia total de devanado, Zw; la impedancia de un devanado de fuente, Z1; la impedancia de un devanado de carga, Z2; una relación de vueltas, n, y la corriente de magnetización, I0; en el que el valor de una propiedad de transformador está relacionado con al menos un parámetro de dicho modelo de transformador.

10. Aparato de diagnóstico de acuerdo con la reivindicación 9, en el que:

el procesador está configurado además para: recoger una medición de control en línea de al menos una señal CA de terminal a una primera carga de control; derivar un valor en base a las mediciones de la cantidad a partir de la medición de control; determinar un valor esperado de la cantidad a la primera carga de control, utilizando dicha relación y un coeficiente o conjunto de coeficientes determinados; comparar un valor en base a las mediciones de la cantidad con un valor esperado correspondiente a fin de detectar cualquier problema de transformador al darse un cambio en la cantidad.

11. Transformador que comprende un aparato de diagnóstico de transformador de acuerdo con la reivindicación 9 o 10.

12. Transformador de acuerdo con la reivindicación 11, cuando depende de la reivindicación 10, que comprende además un cambiador de tomas, en el que

el procesador está configurado para generar un conjunto de coeficientes para cada uno de los puntos de toma de cambiador de tomas; y

el controlador de estado está configurado para determinar, si se detecta una desviación, en qué posición o posiciones de cambiador de tomas se produce la desviación.

13. Programa informático para proporcionar un diagnóstico de transformador, comprendiendo el programa informático partes de código de programa informático que, cuando se ejecutan en un procesador, hacen que el procesador lleve a cabo el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.