fuentes de poderw3.impa.br/~pabloant/presentacion.pdf · el m etodo de pleite constituye un ejemplo...

Presentacion

Transformadoresde ExcitacionPositiva de laItaipu

Analisis deRespuesta enFrecuencia (FRA)

Modelado deTransformadoresOrientado a FRA

El Metodo dePleite

Modelado de losTransformadoresde la Itaipu

Criterios deInterpretacion

AplicacionInformatica

Conslusiones ySugerencias

Ingenierıa Electromecanica con Orientacion Electronica

Proyecto Final

Modelado de la Respuesta en Frecuencia deTransformadores de Potencia Tipo Seco Para

Diagnostico de Fallas

Autores:Pablo AntunaOsmar Quinonez

Asesor:Ing. Armando Ortiz, M.Sc.

Hernandarias - Paraguay

Marzo de 2014

Presentacion




El Metodo dePleite





Presentacion

El objetivo del mantenimiento preventivo de lostransformadores de potencia es aumentar la confiabilidad(reliability) del sistema al cual pertenecen y alargar la vidautil de los equipos.

Ensayos convencionalesrealizados en la ItaipuBinacional:

I Resistencia deaislacion

I Resistencia ohmica

I Relacion detransformacion

Presentacion




El Metodo dePleite





Presentacion

Hoy se sabe que estas pruebas pueden no ser suficientes paradetectar fallas. Evidencia de esto es la falla deltransformador TEP 18A - fase C, en el ano 2012, en dondeun cortocircuito en el devanado del secundario ocasiono lasalida de operacion del transformador.

El ensayo FRA(Frequency Res-ponse Analysis)surge como unaalternativa paraconseguir undiagnostico masconfiable.

Presentacion




El Metodo dePleite





PresentacionVentajas:

I Sensibilidad

I Repetibilidad

Desventajas:

I Falta de normativas

I Interpretacion

Presentacion




El Metodo dePleite






I Sensibilidad

I Repetibilidad

Desventajas:


I Interpretacion

La dificultad de la interpretacion proviene del hecho que eldiagnostico se realiza comparando dos curvas.

Presentacion




El Metodo dePleite






I Sensibilidad

I Repetibilidad

Desventajas:


I Interpretacion

La dificultad de la interpretacion proviene del hecho que eldiagnostico se realiza comparando dos curvas.

La opinion del res-ponsable de inter-pretar los ensa-yos puede carecerde objetividad ytransparencia.

Presentacion




El Metodo dePleite





Presentacion

La comunidad cientıfica ha planteado varias posiblessoluciones a esta desventaja del ensayo FRA.

En el presente proyecto se implementa una de lasalternativas:

El modelado de la respuesta en frecuencia del transformadorbajo estudio.

Ensayo FRAen Estado de

Referencia

Ensayo FRAen Estado deEvaluacion

Obtenciondel Modelo

en Estado deReferencia

Obtenciondel Modelo

en Estado deEvaluacion

Comparacionde Parame-tros de losModelos

Diagnostico

Presentacion




El Metodo dePleite





Contenido

Transformadores de Excitacion Positiva de la Itaipu

Analisis de Respuesta en Frecuencia (FRA)

Modelado de Transformadores Orientado a FRA

El Metodo de Pleite

Modelado de los Transformadores de la Itaipu

Criterios de Interpretacion

Aplicacion Informatica

Conslusiones y Sugerencias

Presentacion




El Metodo dePleite





Transformadores de Excitacion Positiva de laItaipu

Los Transformadores de Excitacion Positiva (TEPs) de laItaipu Binacional son transformadores tipo seco quealimentan al sistema de excitacion de las unidadesgeneradoras.

Este tipo de transformadores normalmente requiere pocomanteniemiento, pero debido a su avanzada edad se hacomenzado a prestar una mayor atencion al estado de estos.

Presentacion




El Metodo dePleite






El Analisis de Respuesta en Frecuencia (FRA) es una tecnicausada para diagnosticar el estado de transformadores. Escapaz de detectar:

I Movimientos de los devanados.

I Deslizamiento de las bobinas.

I Envejecimiento de la aislacion.

I Cortocircuito entre espiras.

Presentacion




El Metodo dePleite






El Analisis de Respuesta en Frecuencia (FRA) es una tecnicausada para diagnosticar el estado de transformadores. Escapaz de detectar:

I Movimientos de los devanados.

I Deslizamiento de las bobinas.

I Envejecimiento de la aislacion.

I Cortocircuito entre espiras. ⇒ Falla mas comun en

los TEPs.

Presentacion




El Metodo dePleite






Consiste basicamete en la inyeccion de un voltaje sinusoidala diferentes frecuencias en las terminales de un devanado deltransformador. Se mide la amplitud y fase en otrasterminales, y se grafican los resultados en funcion de lafrecuencia.

Es decir, se obtiene la funcion de transferencia (FT) delequipo en el dominio de la frecuencia.

Presentacion




El Metodo dePleite






Presentacion




El Metodo dePleite





Analisis de Respuesta en Frecuencia (FRA)Pruebas Comparativas

El ensayo FRA es un ensayo de tipo comparativo, la pruebarealizada debe compararse con un ensayo realizadoanteriormente. Desviaciones en la curva indican posiblesfallas.

I Bajas Frecuencias (f <5 kHz): deformacion delnucleo, circuitosabiertos, espiras en cortoy magnetismo ocorrientes residuales.

I Medias Frecuencias 10kHz < f < 600 kHz:movimientos deldevanado, cortocircuitoentre espiras.

I Altas Frecuencias f >750 kHz: conexionesinternas del cables o elaterramiento.

Presentacion




El Metodo dePleite





Analisis de Respuesta en Frecuencia (FRA)Configuraciones

1. Extremo con Extremo, Abierto.

Presentacion




El Metodo dePleite






2. Extremo con Extremo, Cortocircuito.

Presentacion




El Metodo dePleite






3. Inductancia entre Devanados: no se utilizo.

4. Capacitancia entre Devanados: no se utilizo.

Presentacion




El Metodo dePleite






Presentacion




El Metodo dePleite






Las estrategias de modelado orientadas al FRA debencumplir con los siguientes requisitos:

I Ajuste de la respuesta en frecuencia medida.

I Interpretacion y analisis de fenomenos fısicos.

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de Pleite

El metodo de Pleite constituye un ejemplo de modeloparametrico, y consiste de un circuito electrico compuesto deelementos resistivos, inductivos y capacitivos.

La utilizacion de esta topologıa de circuito electrico se basaen la observacion de que la respuesta en frecuencia de untransformador es similar a la de un circuito de este tipo.

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de Pleite

(a) Circuito de dos celdas

(b) Respuesta del circuito

(a) Transformador(b) Respuesta del transformador

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de Pleite

Los parametros del modelo son los valores de R, L y C decada celda.

I R: disipacion de energıa

I L: efectos en el campo magnetico

I C : efectos en el campo electrico

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de Pleite

En cada frecuencia solo una de las celdas es la predominanteen la respuesta en frecuencia:

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de PleiteCalculo de los Parametros

El objetivo es obtener parametros R, L y C para cada celdade manera que la respuesta del circuito sea lo mas cercanaposible a la respuesta del transformador.

El procedimiento de calculo consiste en la minimizacion deuna funcion error.

Los valores de los parametros R, L y C que minimizan lafuncion error pueden ser encontrados derivando la funcionerror respecto a cada una de las variables e igualando lasderivadas a cero.

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de PleiteProcedimiento Practico de Calculo

1. Conversion a Impedancia.

2. Seleccion de Anchos de Banda.

3. Procedimiento Iterativo.

Presentacion




El Metodo dePleite





El Metodo de PleiteEl Metodo de Calculo Directo

El metodo original de Pleite presento problemas en ciertoscasos:

1. Convergencia:

2. Soluciones sin significado fısico: valores de R, L o Cnegativos.

Presentacion




El Metodo dePleite






Para solucionar estos problemas, se desarrollo en el presenteproyecto un metodo alternativo de calculo de parametros.

El metodo se basa en fijar de antemano la frecuencia deresonancia y el valor de la resistencia R, a partir de lasmediciones.

Presentacion




El Metodo dePleite






Fijando estos datos, se modifica la funcion error E .

L =1

ω2r C

(1)

E se convierte en una funcion de solo una variable, C .Aplicando los metodos conocidos del calculo diferencial, seencuentra que el mınimo de la funcion E corresponde a unvalor de C dado por:

C =

m∑i=1

BR(ωi )ωi − ω2r

m∑i=1

BR(ωi )

ωim∑i=1

ω2i + ω4

r

m∑i=1

1

ω2i

− 2ω2rm

(2)

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la Itaipu

Se presentan los datos del Transformador de ExcitacionPositiva (TEP) bajo estudio.

Marca: TRASFOR Potencia: 3570 kVAImpedancia de corto: 6.86 % Tension nominal: 10329 (±2×2.5 %)V/1850VFrecuencia: 60 Hz Conexion: Y-∆Standard: IEC 76/726 Clase de aislacion: FFabricacion: 2003Descripcion: monofasico, seco encapsulado en vacıo

A continuacion se muestran los resultados del modelado dela respuesta en frecuencia del transformador en distintasconfiguraciones.

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Baja Tension, Configuracion Abierto

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Baja Tension, Configuracion Abierto

Celda 1 Celda 2Rango: 9700-97000 Hz Rango: 140000-204000 Hz

R1: 708.606 Ω R2: 481.747 Ω

L1: 0.682 mH L2: 36.881 µH

C1: 32.443 nF C2: 17.170 nF

ERP: 17.92 %

Metodo de Calculo: Directo

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Baja Tension, Configuracion Cortocircuito

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Baja Tension, Configuracion Cortocircuito


R1: 1769.077 Ω R2: 327.517 Ω

L1: 35.168 µH L2: 43.684 µH

C1: 16.328 nF C2: 0.532 nF

ERP: 29.6 %


El error obtenido en esta configuracion es muchomayor. De ahora en adelante mostraremos exclusivamentelos resultados en la configuracion abierto.

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Alta Tension, Configuracion Abierto

Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuBobina de Alta Tension, Configuracion Abierto


R1: 127.411 kΩ R2: 178.153 kΩ

L1: 81.898 mH L2: 24.340 mH

C1: 74.411 pF C2: 84.837 pF

ERP: 15.03 %


Presentacion




El Metodo dePleite





Modelado de los Transformadores de la ItaipuConclusiones del Modelado

I El modelo es valido hasta una frecuencia de alrededorde 220 kHz.

I La respuesta en frecuencia de este transformador escaracterizada por dos picos de resonancia.

I Los mejores resultados de modelado se dan en laconfiguracion abierto.

I El metodo de calculo de parametros que resulto en laobtencion de modelos mas precisos fue el directo.

I Las resistencias e inductancias son mayores en la bobinade alta tension.

Presentacion




El Metodo dePleite





Criterios de InterpretacionSimulacion de Cortocircuitos Entre Espiras

A fin de realizar una comparacion de modelos en estado dereferencia y en estado de evaluacion, se simularoncortocircuitos entre espiras.

Las fallas son simuladas cortocircuitando diferentes TAP’sdel devanado de alta tension.

Presentacion




El Metodo dePleite






A continuacion se muestran los resultados de las medicionesy del modelado.

Presentacion




El Metodo dePleite






Resultado de las mediciones, devanado de alta tension,configuracion abierto:

Presentacion




El Metodo dePleite






Modelado en estado de referencia, devanado de alta tension,configuracion abierto.

Presentacion




El Metodo dePleite






Modelado con la primera falla, devanado de alta tension,configuracion abierto.

Presentacion




El Metodo dePleite






Modelado con la segunda falla, devanado de alta tension,configuracion abierto.

Presentacion




El Metodo dePleite






Resumen de los resultados del modelado del devanado dealta tension.

Referencia Primera falla Variacion Segunda falla VariacionR1 126.384 kΩ 37.654 kΩ -70.21 % 60.092 kΩ -52.45 %L1 98.967 mH 20.445 mH -79.34 % 13.610 mH -86.25 %C1 61.107 pF 100.230 pF 64.02 % 129.140 pF 111.33 %R2 174.550 kΩ - - 184.109 kΩ 5.48 %L2 9.269 mH - - 3.561 mH -61.58 %C2 222.760 pF - - 313.800 pF 40.87 %

Presentacion




El Metodo dePleite





Criterios de InterpretacionPatrones de Variacion

I Disminucion de L.

I Aumento de C.

Presentacion




El Metodo dePleite





Criterios de InterpretacionPatrones de Variacion

Debido a que es en el devanado de alta tension donde seproducen los cortocircuitos simulados, es natural quedisminuya la inductancia, ya que la corriente circula por unacantidad menor de espiras.

Ya fue observado en la literatura que la disminucion deinductancias en el devanado de un transformadoresta asociado a un aumento de las capacitancias.

Presentacion




El Metodo dePleite





Criterios de InterpretacionConclusiones del Modelado

I Un cortocircuito entre espiras genera un patron devariacion en los parametros del devanado en donde seproduce el cortocircuito. El patron de variacion consisteen una disminucion de las inductancias y un aumentode las capacitancias.

I La presencia o no de este patron se puede utilizar comocriterio de interpretacion de ensayos FRA.Especıficamente, este criterio ayudarıa a detectarcortocircuitos entre espiras.

Presentacion




El Metodo dePleite





Criterios de InterpretacionCorrelacion Entre Severidad de Fallas y Variacion de Parametros

La proporcion de espiras cortocircuitadas en las fallassimuladas se pueden deducir conociendo la resistencia deldevanado en las distintas configuraciones de los TAPs.

Presentacion




El Metodo dePleite






Presentacion




El Metodo dePleite






Estado Cortocircuito ∆L1 ∆C1

Referencia 0 % 0 % 0 %Primera Falla 2.09 % -79.34 % 64.02 %Segunda Falla 4.59 % -86.25 % 111.33 %

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5−90

−80

−70

−60

−50

−40

−30

−20

−10

0

Porcentaje de Espiras Cortocircuitadas ( %)

Var

iaci

ond

elP

aram

etro

L1

(%

)

Presentacion




El Metodo dePleite






Estado Cortocircuito ∆L1 ∆C1

Referencia 0 % 0 % 0 %Primera Falla 2.09 % -79.34 % 64.02 %Segunda Falla 4.59 % -86.25 % 111.33 %

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 50

20

40

60

80

100

120


Var

iaci

ond

elP

aram

etro

C1

(%

)

Presentacion




El Metodo dePleite






0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5−100

−50

0

50

100

150


Var

iaci

ond

eP

aram

etro

s(

%)

Devanado de Alta Tension

L1C1L2C2

Presentacion




El Metodo dePleite





Aplicacion Informatica

El objetivo buscado con la aplicacion es facilitar la utilizaciondel modelado de la respuesta en frecuencia.

I Importacion de datos de ensayos.

I Graficado de hasta dos respuestas en frecuencia.

I Sıntesis automatica del modelo.

I Comparacion de la respuesta medida y la respuesta delmodelo.

I Simulacion de cortocircuitos entre espiras de distintasseveridades.

I Exportacion de todas las curvas, tanto medidas comode modelos, a un formato estandar utilizado por lossoftwares proveidos por fabricantes de instrumentos.

Presentacion




El Metodo dePleite





Aplicacion InformaticaHerramientas Utilizadas

La aplicacion fue desarrolla completamente en el lenguajeJava.

Ademas de la Java Class Library, la cual contiene las clasesestandar de Java, fueron utilizadas otras librerıas para laimplementacion de ciertas funciones.

I JFreeChart: elaboracion de graficos.

I OpenCsv: importacion y exportacion de archivos detexto.

I Commons Math: operaciones matematicas.

Presentacion




El Metodo dePleite





Aplicacion InformaticaEsquema de la Aplicacion

Presentacion




El Metodo dePleite





Conclusiones

I Modelado de la respuesta en frecuencia detransformadores de potencia del tipo seco. Sonescasos los trabajos que se enfoquen en este tipo detransformadores. Los resultados del modelado obtenidosen este proyecto pueden servir de referencia paratrabajos futuros.

I Deduccion de criterios de interpretacion para elensayo FRA. Se llega a una correlacion cuantitativaentre la gravedad de un cortocircuito entre espiras y lavariacion de ciertos parametros del modelo. El patron devariacion de parametros obtenidos podra ser utilizadocomo criterio de interpretacion de ensayos futuros.

Presentacion




El Metodo dePleite





Conclusiones

I Desarrollo e implementacion de un nuevo metodode calculo de parametros del modelo de Pleite. Elmetodo iterativo para el calculo de parametros enciertos casos no ofrece resultados satisfactorios. Pararesolver esta situacion, en el presente trabajo sedesarrollo un metodo alternativo de calculo deparametros.

I Desarrollo de una aplicacion informatica para elmodelado de la respuesta en frecuencia detransformadores. La aplicacion es compatible con losformatos utilizados por los fabricantes de instrumentos,lo cual facilita y acelera la tarea de modelado de larespuesta. Ademas, la aplicacion tiene la capacidad desimular cortocircuitos entre espiras.

Presentacion




El Metodo dePleite





ConclusionesSugerencias Para Trabajos Futuros

Existen muchos desarrollos que enriquecerıan enormementelas ventajas de la metodologıa desarrollada en el presenteproyecto.

I Desarrollo de un metodo iterativo que utilice el metododirecto presentado en este proyecto.

I Constatacion experimental de las curvas que relacionanel porcentaje de espiras cortocircuitadas y la variacionde los parametros.

I Utilizacion de mas que dos celdas para el modelado dela respuesta en frecuencia.

Presentacion




El Metodo dePleite





ConclusionesSugerencias Para Trabajos Futuros

I Aplicacion de la metodologıa de modelado presentadapara el diagnostico de transformadores en aceite, tantotransformadores de potencia como transformadores dedistribucion.

Presentacion




El Metodo dePleite





Gracias por la atencion!

fuentes de poderw3.impa.br/~pabloant/presentacion.pdf · el m etodo de pleite constituye un ejemplo...

Documents