análisis de falla de transformador de potencia

Ingeniera Energtica Vol. XXXIII, No. 1/2012 Enero- Abril p- 59-68 ISSN 1815 - 5901

Anlisis de falla en un transformador de potencia

Analysis of fault in a power transformer Ramn - Prez Hernndez

Recibido: Julio del 2011 Aprobado: Diciembre del 2011

Resumen/ Abstract

En este artculo se describe una falla en un transformador de potencia. En el mismo se hace un anlisis basado en la metodologa del Diagnstico Integral, a partir de deficiencias que se cometieron en el transcurso de los trabajos de mantenimiento y reparacin, que de haberse tratado con un anlisis tcnico ms profesional, se hubiera evitado el incremento de los costos hasta su puesta en marcha, que sumado a los gastos por energa dejada de servir ocasionaron una prdida a la economa de 1,4 millones de pesos. Las tcnicas de diagnstico y mantenimiento empleadas demuestran que no est implementado un sistema de gestin y que el Mantenimiento Preventivo Planificado se convierte en un mantenimiento correctivo no planificado, lo cual involuciona el proceso de desarrollo tcnico de la Empresa y representa un alejamiento de las tcnicas de diagnstico aplicadas internacionalmente, sustentadas en el Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad. Palabras clave: origen de falla, matriz de falla, sntomas de fallas, variables de estado de diagnstico.

In this article a flaw is described in a transformer of power. In the same one an analysis is made based on the methodology of the Integral Diagnosis, starting from deficiencies that were made in the course of the maintenance works and repair that of being had treaty with a technical more professional analysis, the increment of the costs had been avoided until its setting in march that added to the expenses by left energy of serving they caused a loss to the economy of 1, 4 million pesos.The diagnosis techniques and used maintenance demonstrate that a management system is not implemented and that the Preventive Planned Maintenance transforms into a maintenance not planned corrective, that which retard the process of development technician of the Company and it represents an estrangement of the diagnosis techniques applied internationally, sustained in the Reliability Centered of Maintenance. Key words: Origen of fault, fault matrix, symptoms of faults, variables of status of diagnosis.

INTRODUCCIN

Los transformadores de potencia estn sujetos a esfuerzos que destruyen el aislamiento. Una de estas causas principales la constituyen los esfuerzos elctricos y mecnicos. En el proceso de operacin la degradacin evoluciona gradualmente hasta presentarse la falla, que en ocasiones puede ser catastrfica. La deteccin oportuna de una falla puede ser la diferencia entre someter el transformador a una reparacin mayor, sustituir la parte daada o sacarlo de servicio de manera definitiva. Estos equipos estn diseados para soportar cortocircuitos externos en sus terminales y ms all con magnitud y duracin limitadas. Estos eventos producen elevadas corrientes que generan fuerzas dinmicas pulsantes que son proporcionales y aumentan cuadrticamente a la corriente instantnea por los devanados [1].

APLICACIONES INDUSTRIALES

Ramn - Prez Hernndez - 60 -


En un autotransformador de 125 MVA perteneciente a la Empresa de Construcciones de la Industria Elctrica (ECIE) ocurre una falla mayor en los bushings de 220 kV, a raz de un cortocircuito externo. Durante el perodo que el equipo estuvo fuera de servicio, para la realizacin de los trabajos de mantenimiento y reparacin, los cuales se extendieron a 73 das, se cometieron un grupo de imprecisiones tcnicas que demostraron la ausencia del Diagnstico Basado en la Condicin. Esto provoc un incremento sustancial de los costos de mantenimiento y reparacin, que sumado a los gastos por energa dejada de servir ocasionaron una prdida a la economa de 1,4 millones de pesos. En este trabajo el autor hace un anlisis post-avera para identificar la causa raz que dio origen a la misma, desde que comienza con su deteccin, hasta que acaba con la destruccin parcial de los bushing de alta tensin. Para cumplir con este objetivo se utiliza como herramienta de Diagnstico Integral la Matriz de Falla, la cual permite a partir del comportamiento de las variables de estado de diagnstico lograr su deteccin y localizacin.

DESARROLLO

Antecedentes de la falla Los siguientes elementos sirvieron de punto de partida para la realizacin de este proyecto de investigacin.

El transformador fue objeto de tres cortocircuitos exteriores, muy cerca del devanado terciario en fechas anteriores a la presente falla. En ningn caso se realizaron pruebas para detectar posibles afectaciones internas.

La presin en los bushing fue uno de los parmetros que tuvo seguimiento durante la operacin del autotransformador y su disminucin fue sntoma de fuga de aceite del bushing hacia el tanque principal, por salidero en la junta o por fracturacin de la porcelana inferior. La accin correctiva consista en sacar el transformador de servicio y completar de aceite los bushing. Es decir, se estaba percibiendo la presencia de un sntoma de prdida de aceite y no se tomaron acciones preventivas.

A continuacin se describe la falla, el cronograma de actividades de mantenimiento y el costo de deteccin de la misma. Descripcin de la falla Para entender la evolucin de la falla, el autor realiza una caracterizacin de las condiciones existentes, previo a su ocurrencia y durante la misma. A continuacin se puntualizan algunos de estos elementos:

Fecha de puesta en servicio inicial del transformador: 1982.

Fecha del ltimo mantenimiento: 02/2007.

Fecha de la falla: 20-09-2010. Hora: 6:49 AM.

Componentes fallados: 3 bushings de 230 kV.

Fecha de puesta en servicio: 03-12-2010

Perodo fuera de servicio: 74 das Orgenes de la falla La salida del autotransformador estaba programada para mantenimiento el da 20/09/2010. Ocurre una falla el mismo da 20/09 a las 6:49 AM, a la salida del devanado terciario, donde los niveles de cortocircuito son muy altos, siendo este el cuarto evento de caractersticas similares que ocurra desde que se puso en servicio en el ao 1982. Hora 4:10 AM, 20/09/2010: Se percibe un pequeo arco saltando de la fase C, al cuerpo metlico de la celda de

usos propios y fuerte olor a quemado en esa zona. El arco fue ubicado en una zona imposible de aislar entre los pasamuros de 11 kV y el interruptor principal. Hora 6:49 AM 20/09/2010: En el momento de sacar el autotransformador de servicio, se origina un

cortocircuito, a la entrada de la celda, producindose una gran explosin. Operan las protecciones y sacan el transformador de servicio.

INICIO DE LOS TRABAJOS DE MANTENIMIENTO

La alta disponibilidad es uno de los indicadores de clase mundial que caracteriza a los transformadores de potencia, el mismo depende del Tiempo Medio Entre Fallas y del Tiempo Medio por Reparaciones [2]



En el caso del autotransformador desde su puesta en servicio, ha logrado una disponibilidad del 98.3 %, como aparece a continuacin:

Disponibilidad = 241320 horas / (241320 horas + 3960 horas) = 98.3 %

Este resultado refleja una operacin satisfactoria y eficaz de su vida til, no obstante los TMPR se han ido incrementando en las ltimas salidas que ha tenido, lo que incrementa los costos del mantenimiento. En esto influye la incorrecta preparacin para el mantenimiento, que conlleva a incumplimientos con trabajos fuera de fecha. En esto ha tenido que ver, la falta de recursos y medios para realizar las reparaciones y la preparacin de los especialistas.

INICIO DE LOS TRABAJOS ESTRUCTURADOS POR EL PROGRAMA DE MPP

La duracin inicial estaba programada por 17 das actividades, a partir del propio da 20-09-2010. El cronograma de trabajo aparece representado en la siguiente tabla 1.

Tabla 1. Cronograma de actividades propuesto par el mantenimiento del autotransformador.

No Actividad Tiempo

Estimado

1 Ajustar la presin de aceite de los Bushings y calibrar los manmetros 2 das

2 Bajar nivel hasta el nivel de las vlvulas de seguridad, para extraerlas, revisarlas y cambiarles las juntas.

2 das

3 Revisin y reparacin del tanque conservador. 2 das

4 Procesamiento de aceite de relleno y pruebas. 2 das

5 Relleno del transformador. Purgado del mismo. 2 das

6 Pruebas elctricas. 1 da

7 Fregado del transformador. 1 da

8 Pintura. 2 das

9 Conexin de las rabizas por alta y media tensin. 1 da

10 Desconexin de la mquina MICAFIELD y traslado del patio. 1 da

11 Puesta en servicio del transformador 1 da Total de das planificados para el mantenimiento 17 das

La primera actividad de la tabla 1 de ajustar la presin es un sntoma de prdida de aceite, por lo tanto, siendo un sntoma no arregla el problema, se haca necesario llevar a cabo otras mediciones, tales como medicin de la tg y capacitancia o extraer el bushing como ltima medida si era necesario. La medicin de la tg de la segunda seccin (parte inferior del bushing) o la capacitancia C2 hubieran arrojado valores fuera de norma, lo que hubiese llamado la atencin a los especialistas, cuestin que se hubiera confirmado con la actividad de relleno de los bushing. No ejecutar el cronograma planificado y dejarlo para el ltimo da, fue un error que origin un atraso adicional de 21 das. En el cronograma inicial se dejaron de planificar varias actividades, las cuales se llevaron a cabo durante el mantenimiento, lo que da la impresin que no se tiene en cuenta el cronograma pactado, violando las indicaciones del MPP. Al no tener en cuenta el segundo antecedente antes mencionado, al ocurrir la falla y sacar el AT para el MPP, propuesto para 17 das, se deja como ltima actividad el completamiento de aceite de los bushings, no se tiene en cuenta la presin como variable de estado, lo cual origina una prdida en das adicionales en su localizacin y tratamiento. En la tabla 2 siguiente, aparece el orden real de ejecucin, as como el costo del mantenimiento. Como se puede observar con excepcin de las tareas 8 y 9 las dems no fueron concebidas en el cronograma inicial, lo que confirma el irrespeto a los procedimientos sobre el mantenimiento.



Fecha Actividad Costo

($)

20/09/2010 Salida del AT 00.00

21/09/2010 Toma de va libre. 00.00

22/09/2010 Desconectamos las rabizas por 110 y 220 KV 449.00

23-24/09/2010

Llegada de tanques de la Micafield. 1892.00

25-26/09/2010

Preparacin del esquema de los tanques 898.00

27-29/09/2010

Afectacin por lluvias. 1101.00

30-01/09/2010

Pruebas elctricas previas al mantenimiento. 462.00

02-08/10/2010

Bajar nivel de aceite, preparacin de la slica para el Mtto, cambios de juntas de las bombas, cambio de los filtros y cambio de slica a los termosifones.

7229.00

09/10/2010 Mtto a los cambia taps fases "A" y "B" 1520.45

10/10/2010 Mtto a los cambia taps fases "C" 650.25

11/10/2010 Completamiento de aceite a los cambia taps y al tanque conservador del cambia taps

1670.05

12/10/2010 Completamiento de presin de los bushings. (DETECCIN DE LA FALLA)

892.20

$18105.1

Los gastos generados por seis das de atraso (20/09/2010-22/10/2010) con respecto al cronograma planificado (20/09/2010-12/10/2010) equivalen a $6390.05 pesos. Sumando el valor de la energa dejada de servir igual a $10281.60, teniendo en cuenta que el transformador funciona a una carga media de 70 MW y le incrementamos los gastos de la energa generada en los grupos electrgenos, para suplir el dficit de energa dejada de suministrar igual a $130614.60,si se conoce que una tonelada del diesel cuesta $566.00 pesos [Perns Garca Antonio B. Proyecto de Investigacin-Desarrollo. Poltica de Culturizacin de la actividad de diagnstico y de mantenimiento en una Central Termoelctrica en Cuba. Febrero 2009], el resultado final de la prdida econmica representa una suma de $147286,25. Tareas ejecutadas durante el mantenimiento Los trabajos de mantenimiento comenzaron con las siguientes actividades:

Extraccin, revisin y medicin de los conmutadores de cada fase, comenzando por las resistencias limitadoras y el cambio del aceite a cada uno de los tres tanques.

Eliminacin de los salideros de aceite, que comnmente se originan en este tipo de equipos por deterioro de juntas, tales como: vlvulas de seguridad y bushing de la fase A de 220 kV.

Prueba de impedancia de cortocircuito (Zcc), para probar la existencia de deformaciones en los devanados del transformador [3]. Los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla 3

Los resultados obtenidos en la prueba anterior (ver tabla 3) son anormales, como se puede observar aparecen desviaciones fuera del 5 % permitido por el fabricante, lo que reflejan que las bobinas despus de la falla adquirieron deformaciones, producto de los grandes esfuerzos mecnicos. Esto ocasion una incertidumbre sobre el destino del transformador. A partir de los resultados obtenidos se realiz el informe tcnico de Daos Mayores en el equipo, lo que obliga el desarrollo de otras pruebas y consultas con otros especialistas. Los datos de chapa son:



Zcc AT-MT= 11, 9% Zcc MT-BT= 22, 6% Zcc AT-BT= 36, 6%

Tabla 3. Prueba de Impedancia de Cortocircuito.

Medicin Fase V (volts)

I (amp)

Frec. (Hz)

Z med ()

Z correg. p/ frec. ()

Desv %

Z fbrica ()

AT-MT

A-0 127,50 1,92 59,90 66,41 66,52 -31,75 50,49 B-0 130,25 1,95 59,97 66,79 66,82 -32,34

C-0 127,75 1,92 59,96 66,54 66,58 -31,87

AT-BT

A-0 128,50 0,83 59,58 154,08 155,17 +0,07 155,28 B-0 133,00 0,86 59,70 154,38 155,14 +0,09

C-0 127,75 0,82 60,03 155,51 155,42 +0,09

MT-BT Am-0 124,00 5,07 60,13 24,43 24,38 +8,10

26,53 Bm-0 122,25 5,01 60,03 24,39 24,38 +8,10

Cm-0 122,25 5,07 59,76 24,09 24,18 +8,86

Como es conocido para realizar la prueba de impedancia de cortocircuito, es necesario poner en corto las tres fases del devanado terciario del AT. Cuando se prepara el esquema para comenzar la batera de pruebas finales a los 44das, por decisin de los especialistas, se comienza por una revisin del estado de conexin del cable cortocircuitador y se detecta que el mismo estaba flojo en la conexin de unas de las fase, no se haba limpiado y sujetado el conector correctamente como plantea el procedimiento. Evidentemente esto trajo como consecuencia errores en la medicin en la prueba de impedancia de cortocircuito de la tabla 3, por lo que se decidi repetir la prueba.Como se puede apreciar en la tabla 4, la nueva medicin de la impedancia de Zcc ofrece resultados satisfactorios y corroboran que no existan deformaciones de los devanados que hagan variar el valor de Zcc por encima del 5 %, o sea, que los devanados no fueron afectados por la falla.

Tabla 4. Prueba final de Impedancia de cortocircuito.

Medicin Fase V (volts)

I (amp)

Frec. (Hz)

Z med ()

Z correg p/ frec. ()

Desv %

Z fbrica ()

AT-MT

A-0 228,3 4,49 59,94 50,78 50,84 0,70 50,48 B-0 224,2 4,44 60,08 50,43 50,36 -0,23

C-0 227,8 4,515 59,81 50,48 50,64 0,30

AT-BT

A-0 234,3 1,51 60,09 155,03 154,79 -0,31 155,27 B-0 227,8 1,45 59,82 156,29 156,75 0,95

C-0 231,6 1,50 59,91 154,40 154,63 -0,41

MT-BT

Am-0 226,7 8,49 59,78 26,70 26,80 1,00 26,53 Bm-0 225,8 8,46 59,82 26,69 26,77 0,88

Cm-0 225,7 8,46 60,15 26,67 26,60 0,28

El error cometido durante medicin, causado por violar los procedimientos establecidos para el mantenimiento, arroja un informe con falsas interpretaciones que despus es comprobado y que permite que al AT se le descubran los problemas existentes en los bushing, desconocidos hasta este momento. Los costos de la incertidumbre aparecen el la primera fila de la tabla 6. a) Resumen del informe preliminar de falla Durante los trabajos de ajustes de la presin de los bushings de 110 y 220 kV, se detecta la imposibilidad de alcanzar y/o mantener un valor de presin en los bushings de 220 kV. Se solicita ayuda a especialistas con experiencia en este tipo de labor. Finalmente no se logra presurizar, observando que durante la operacin, se estaba consumiendo una cantidad de aceite apreciable, comparado con el bajo volumen que llevan los bushings, o sea, el aceite se estaba vertiendo al tanque principal del AT como se pudo constatar posteriormente. Se decide extraer los bushings para revisar tapas y juntas inferiores como lugar posible de prdida de presin. b) Desarrollo de las pruebas de confirmacin A partir de los resultados obtenidos en el dictamen tcnico, despus de aplicada la prueba de Zcc, se origin una controversia cientfico-tcnica, basada en la incertidumbre sobre el destino del transformador, si deba ser enviado a una base de reparaciones o no. Se decide extraer los bushing de 220 kV. A continuacin en la figura 1 se observa el estado de la porcelana de la bota en la fase A, B y C, luego de la extraccin.



Fig. 1. Estado de la porcelana inferior de los bushings de las tres fases.

Una comisin de especialistas en transformadores define realizar una confirmacin final, la cual consisti en las siguientes actividades:

Examen visual de los bushings extrados.

Revisin interna del AT por escotillas

Completamiento del aceite.

Realizacin de batera completa de pruebas elctricas para finalizar la investigacin.

c) Examen visual de los bushings extrados Al extraer los bushings se vio que la porcelana inferior de las tres fases estaban fragmentadas y sobre la superficie exterior de las mismas se apreci una contaminacin superficial de carbn moderada y partculas, evidenciando que hubo un evento exterior a los bushings como consecuencia del cortocircuito externo ya que el aislamiento del cuerpo capacitivo en esa zona se vio en buenas condiciones. d) Informe sobre revisin interna En la continuacin de los trabajos de defectacin, se realiz su revisin interna por escotillas (ver figura 2)

Fig. 2. Revisin interna del autotransformador.

Como se puede apreciar, aparecieron fragmentos de porcelana sobre las barras y en el fondo del tanque principal, se encontr un esprrago de bakelita partido, perteneciente a las fijaciones de la salida de la fase C de 220 kV. El acceso para revisar las bobinas fue prcticamente imposible, porque estn cubiertas en todo su permetro por un gran cilindro de electrocartn, atornillado en sus extremos, por lo que si alguna bobina presentaba alguna deformacin no se poda percibir.Se encontraron finalmente 9 esprragos de bakelita partidos, algunos en varias fracciones, 7 pertenecientes a los racks de madera para fijacin de las salidas de 220 kV y otros 2 pertenecientes al cierre de los cilindros de electrocartn que envuelven las bobinas de las fases A y B. Tambin se encontr en el piso del tanque principal, hacia los reguladores de las fases A y B cierto volumen de silicagel de los termosifones lo cual, junto a los fragmentos de porcelana restantes fueron extrados. e) Criterio de los especialistas Si existen deformaciones, estas no pueden ser observadas, no obstante se puede llegar a la conclusin que el conjunto bobinas, aislamiento slido y porcelanas inferiores de los bushings fueron objeto de un gran estremecimiento, causado por una gran fuerza dinmica, con gran poder destructivo.

NUEVO CRONOGRAMA DE TRABAJO

A partir del 12/10/2010 que se detect la falla en los bushing, hasta el 22/11/2010 (41 das) hubo un receso de los trabajos, propiciado por la falta de bushings de repuesto.



En vspera de la reanudacin de las actividades de recuperacin del transformador, se elabor un nuevo cronograma de trabajo. Este cronograma obedeci a la decisin de sustituir los bushing daados por otros similares recuperados y en buen estado tcnico, hermetizar el transformador, realizar el tratamiento de secado del aceite y concluir con una batera de pruebas finales, para determinar si el equipo estaba apto para continuar su funcionamiento. La programacin estim 11 das de trabajo, con la puesta en servicio para la fecha del 03/12/2010, si los resultados de las pruebas cumplen las expectativas. En la tabla 5 se observan los gastos adicionales de falla, a partir de se paralizan los trabajos, luego de la extraccin de los bushings. Los gastos generados por 54 das despus de detectada la falla, por trabajos de reparacin, pruebas y puesta en servicio son de $40864.10 pesos. Si sumamos el valor de la energa dejada de servir igual a $90820,80, teniendo en cuenta que el transformador funciona a una carga media de 70 MW y le incrementamos los gastos de la energa generada en los grupos electrgenos, para suplir esta energa dejada de suministrar igual a $1153762,3. Si se conoce que una tonelada del diesel cuesta $566.00 pesos, el resultado final de la prdida econmica representa una suma de $1285447,2.

Tabla 5. Costo adicional de falla.

No Actividad Fecha Costos ($)

1 Trabajos preparatorios y de montaje de bushing de 220 kV 12/10/2010-21/11/2010

24990.50

2 Completar el tiempo de vaco. 22/11/2010 2350.55

3 Llenado del transformador para cubrir parte activa hasta 200 mm por debajo de la tapa.

22/11/2010 950.25

4 Trabajos de pailera. 23/11/2010 505.50

5 Volver a hacer vaco al tanque. 23/11/2010 950.25

6 Completamiento de aceite (Relleno final) 23/11/2010 477.00

7 Ajuste de presin en los bushing. 24/11/2010 475.00

8 Prueba de hermeticidad final. 25/11/2010 505.00

9 Batera completa de pruebas. 26-

30/11/2010 3050.00

10 Fregado. 01/12/2010 510.00

11 Pintura del AT. 02/12/2010 410.05

12 Arranque y puesta en marcha. 03/12/2010 5690.00

COSTOS DE LOS TRABAJOS ADICIONALES 53 das 40864.10

A continuacin en la tabla 6, el autor describe los costos totales de la falla.

Tabla 6. Costo total de falla.

No Causa Cantidad Costo de Falla ($)

1 Trabajos de mantenimiento fuera de cronograma. 6 6390.05

2 Energa dejada de servir por la causa 1. - 10281.60

3 Gastos por energa suplida por los grupos electrgenos por incumplimiento del cronograma.

- 130614.60

4 Trabajos adicionales por causa de la falla. 54 40864.10

5 Energa dejada de servir por 53 das fuera de servicio. - 90820,80

6 Gastos por energa suplida por los grupos electrgenos por trabajos de solucin de la avera.

- 1,153762.30

COSTOS TOTAL DE FALLA 59 das 1,432733.45

Los costos finales alcanzan la considerable suma de $1,432733.45 pesos de prdidas a la economa. Anlisis del diagrama P-F de falla De manera general, en este transformador el trabajo de diagnstico ha estado ausente, prcticamente desde su puesta en servicio en 1982 y ahora se confirma durante el desarrollo de esta falla. En este epgrafe se analiza algunas de las actividades, donde se refleja la falta de diagnstico.



Sntomas prefalla Como se ha explicado en temas anteriores este transformador haba sufrido tres cortocircuitos externos, antes de la aparicin de la falla, por lo que el autor basa el anlisis de los sntomas, en los efectos de las corrientes de estos cortocircuitos anteriores sobre el transformador. Para cumplimentar este objetivo se utiliza un anlisis inverso de la Matriz de Falla [Fernndez Garca Sergio J. Diagnstico Integral. Notas de clase de la Especialidad de Diagnstico Integral de CCEE y Subestaciones Elctricas (SSEE). 1996. Centro de Investigaciones y Pruebas Electroenergticas (CIPEL). 2009], hasta llegar a la localizacin de la misma, donde se detecta la variable de estado afectada, como se ver ms adelante. En la figura 3 aparece un diagrama P-F, que demuestra la evolucin de la falla desde que surge hasta que se convierte en funcional.

Fig. 3. Esquema de desarrollo de la falla en el tiempo [4].

De acuerdo a la estadstica de fallas en el transformador, existen las condiciones para poder confeccionar el diagrama P-F, en el cual se representa el orden de los acontecimientos. En la figura 4 se muestra el diagrama real en el tiempo, donde aparece la evolucin completa de la falla desde que surge hasta que se convierte en funcional, con la salida del transformador en Septiembre del 2010.

Fig. 4. Esquema de desarrollo de la falla en el tiempo.

Puntos A: Punto donde inicia la falla. Los esfuerzos originados por las corrientes de CC fueron paulatinamente fragmentando microscpicamente la porcelana inferior del bushing, lo que hizo que a partir de este momento comenzara a disminuir la presin de aceite. Lo mismo sucede con los puntos B y C, solo que el agravamiento depende del tiempo de duracin el CC. La compensacin de presiones que se producen entre el tanque principal y los bushing, a causa de las variaciones de carga, hacen que la presin en los manmetros disminuya en mayor o menor grado e igualmente ocurre con la cantidad de aceite que va pasando de un volumen con mayor presin (bushings) a otro con menor (tanque principal) Punto P: Es donde la falla es detectada, a partir de la revisin que realizan los operadores en los turnos de trabajo. Como a partir de este momento no se tomaron las medidas preventivas para una intervencin del transformador y realizar una revisin de los bushing, la falla se convierte en potencial. Punto F: Es el punto donde ocurre el cortocircuito el 20 de Septiembre de 2010, con la destruccin de la porcelana del aislador inferior, unido a otras afectaciones internas, ya antes mencionadas.



Determinacin del perodo P-F: Fecha donde se detecta la presin manomtrica afectada: 22/07/2010 Fecha donde ocurre la falla mayor: 20/09/2010

Perodo P-F = 60 das

Localizador de la falla en los bushing A partir de la herramienta prctica que constituye la Matriz de Falla y analizando el comportamiento de la variable de estado de diagnstico que en este caso la caracteriza, el autor propone la variante de un localizador de falla. En la figura 5 se plantea una secuencia de localizacin de fallas a partir de la aplicacin de la matriz [De la Cruz Gonzlez Dianelis. Proyecto de Investigacin-Desarrollo. Diagnstico Integral de la Turbina de Vapor de la Central Elctrica Mximo Gmez de Mariel.]. La localizacin de las fallas permite a tcnicos de menor nivel, localizar las mismas una vez conocido el comportamiento de las variables de estado.

Fig. 5. Ejemplo de aplicacin del Localizador de Fallas.

Determinacin de la causa raz de la falla La elevada corriente de CC y sus efectos dinmicos y trmicos con descargas, vibraciones y variaciones de ondas de presin de aceite (choques) asociados, presentes en diferentes lugares en el interior del tanque, pueden haber vencido la resistencia mecnica de los bushings, provocando la rotura de sus porcelanas inferiores. La resistencia al CC puede ser adversamente afectada por los efectos acumulativos de CC repetidos, adems no existen medios disponibles para monitorear continuamente y evaluar cualitativamente los efectos de degradacin provocados por tales eventos. Tambin la magnitud y duracin de las corrientes de falla son de extrema importancia al disear un sistema de proteccin bien coordinado as como los efectos trmicos y mecnicos de esas corrientes de falla. Para magnitudes de corrientes de CC cercanas a la capacidad de diseo del transformador o en elevadas capacidades de kVAs, los efectos mecnicos son ms significantes que los efectos trmicos [5]. Errores cometidos durante la ejecucin de los trabajos Durante el desarrollo del mantenimiento se cometen dos errores de procedimiento significativos,

Cuando se comienza a realizar los ensayos rutinarios off-line, se dejan para el final las pruebas a los bushing, actividad que debi comenzar desde el inicio del cronograma, detectndose durante la misma, un gasto elevado de aceite de aproximadamente 220 lts. Esto evidenciaba un escape grande hacia el tanque principal. Hay que destacar que los bushing de este transformador nunca fueron objeto de revisin.

Cuando se prepara el esquema para comenzar la batera de pruebas finales, a los 41 das despus de haberse ejecutado la prueba inicial de Zcc, por decisin de los especialistas, se comienza de revisar el estado de conexin del cable cortocircuitador y se detecta que la conexin era incorrecta. Evidentemente esto trajo como



consecuencia errores de medicin en la primera prueba de impedancia de cortocircuito, lo que arroj un falso informe, que pudo haber incidido en enviar el transformador a una base de reparaciones.

A partir que se detecta que las afectaciones de la presin, no se le dio seguimiento a su evolucin, lo que propici la falla.

CONCLUSIONES

En el anlisis de la falla descrita se aplic la metodologa del diagnstico integral, para definir un grupo de insuficiencias detectadas durante el proceso de ejecucin de los trabajos, que conllevaron a una prdida econmica cuantiosa.

No se aplica un sistema de gestin de mantenimiento al transformador. Se intenta aplicar el sistema de mantenimiento preventivo planificado (MPP), no obstante en la realidad lo que se aplica es un correctivo no planificado, lo que hace involucionar en el desarrollo de las nuevas tcnicas de mantenimiento.

A partir que se detecta que las afectaciones de la variable de estado de diagnstico, en este caso la presin, la cual se controla visualmente por los manmetros, comienza a evolucionar se haca necesario verificar las variables relacionadas, como se explic anteriormente, tales como tg y la capacitancia. Como no se le dio seguimiento a la variable de estado, ocurri una falla catastrfica, lo cual prueba la factibilidad del diagnstico basado en la condicin (MBC).

Existieron un total de 60 das para sacar de manera planificada el transformador, hacer una medicin de las variables relacionadas (mantenimiento correctivo planificado), y detectar fisuras en los bushing. Si se hubiera realizado un perodo de muestreo, acorde con el tiempo de desarrollo de este tipo de falla no se hubiera llegado a la falla funcional. No intervenir el transformador en el transcurso de los 60 das del perodo P-F, condujo a la indeseable falla, lo que tuvo una gran influencia en la disponibilidad y en el incremento de los costos de mantenimiento a casi medio milln de pesos.

Si la deteccin de la falla hubiera sido en la primera actividad del cronograma aprobado inicialmente, los gastos implicados en las actividades extras, que no estaban previstas en el mantenimiento, se podan haber reducido a la mitad, si se hubiera aplicado el mantenimiento correctivo planificado, como medio de ahorro de tiempo y de recursos.

Se cometieron un grupo de imprecisiones tcnicas que demostraron la total ausencia del Diagnstico Basado en la Condicin. Tales como:

El no conocimiento del estado de la condicin del autotransformador de forma anticipada. La no deteccin y localizacin previa de la falla. No se determinaron las partes y componentes necesarias para la reparacin. La concentracin del personal adecuado para efectuar el mantenimiento y las pruebas de afectacin Incumplimientos en el tiempo de los trabajos del mantenimiento fuera de fecha. El no uso de procedimientos y normas, que conllev a resultados errneos.

REFERENCIAS

[1] BRIDER, W.AND MOREHAROLD. Electric Power Transformer.Problem and Failure Investigation.The Electric PowerEngineering. Alabama: 1996. p 237. ISBN 0-8493-1704-5. [2] DEL CASTILLO, A. Estadstica y Fiabilidad en el Mantenimiento. Disponibilidad en la Gestin de los Equipos. p 35. 2005, [3] P. MEHTA, SHIRISHAND WILLIAM.R. H.Electric Power Transformer Engineering .Transformer. Testing.IEEE/ANSI Std. C57.12.90 .p. 68-94 [4] MOUBRAY,JOHN. Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM). Soporte & Ca. Ltda. Aladon LLC. La Evolucin del Mantenimiento. Fallos Potenciales.Inglaterra, 1991, p 68-74. [5] MARULL, FERNANDO. Operacin y Mantenimiento de Transformadores. Universidad Tecnolgica Nacional Edicin: Concordia Unidad Acadmica. Argentina: 2009, p 147.

AUTOR

Ramn Prez Hernndez Ingeniero Electricista Empresa de Construcciones de la Industria Elctrica (ECIE) Cienfuegos,Cuba.

e-mail: [email protected]

análisis de falla de transformador de potencia

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