Proyecto VIBRACIONES

 

   

Origen

En las redes de transporte y distribución de energía eléctrica, los transformadores de potencia son componentes costosos, vitales y críticos en el sistema eléctrico. Lo anterior ha obligado a las compañías de suministro eléctrico a establecer programas de diagnóstico y mantenimiento preventivo para asegurar una operación confiable de los equipos. Sin embargo existen algunos inconvenientes derivados, ya que dichos programas de mantenimiento -a diferencia del análisis de vibraciones- contemplan el descargo de los equipos, lo que origina costes importantes que podrían ser innecesarios.

Objetivos 

El objetivo de este proyecto es desarrollar una metodología fiable y precisa, que permita incluir la técnica de análisis de vibraciones en el protocolo de mantenimiento de transformadores, a partir de la observación de distintos equipos en producción.

El proyecto se ha dividido en dos grandes bloques:

  1. Por un lado existe la recolección de datos de vibraciones, etapa para la cual se ha diseñado un protocolo de pruebas donde se especifica la ubicación de los sensores, los tiempos estimados para la adquisición de datos, instalación de la instrumentación, y desarrollo del software de control entre otros requisitos.
  2. La otra parte importante del proyecto se basa en analizar la evolución del patrón de vibraciones del transformador/es evaluado/s a lo largo del tiempo y así llegar a diagnosticar funcionamientos internos anómalos.

El estudio de los patrones de vibración, con la consecuente detección de malfuncionamientos debería ayudar a prevenir futuras averías, lo que repercutirá en una mejora del servicio en el suministro eléctrico y en una optimización de la gestión de activos.



Metodología

Existen diversas publicaciones y trabajos que respaldan la metodología de detección de anomalías en transformadores en base a su patrón de vibraciones e incluso un estándar de medición de la EPRI, que han servido como punto de partida en este proyecto.

La metodología aplicada, de manera resumida, consiste en la captación de las vibraciones de la carcasa del transformador y el análisis de su evolución en el tiempo, teniendo en cuenta algunos factores ambientales que puedan afectar al transformador: carga solicitada, cortocircuítos soportados, etc.

Al momento de analizar los datos obtenidos, se evalúa que el transformador se encuentra en buenas condiciones si cumple con las siguientes consideraciones:

  1. El espectro de frecuencia, debe mostrar que la mayor aceleración de vibración se presenta en el armónico igual a 2x (siendo “x” la frecuencia de operación de la red y, por tanto, siendo “2x” 100Hz para la frecuencia de operación de 50Hz), y esta no debe ser suberior a 0.9g. 
  2. Los armónicos pares (200Hz, 300Hz, 400Hz), deben estar presentes y su amplitud de vibración debe encontrarse dentro de unos límites también establecidos por la EPRI (1.9g@200Hz, 0.9g@300Hz, 1.2g@400Hz).
  3. Los armónicos impares (entiéndase 50Hz, 150Hz, 250Hz), deben tener una clara tendencia a cero.

Si el transformador no cumple con todas las consideraciones antes expuestas, se recomienda que se le realice una inspección interna.



El equipo y la monitorización

El equipo de monitorización, que consiste en un sistema capaz de medir, almacenar, procesar y remitir a distancia la información obtenida a partir de vibraciones captadas del transformador a lo largo del día, está formado por diferentes partes, que se esquematizan a continuación:

 

El acondicionador de señal, a su vez, se encuentra conectado a la tarjeta de adquisición de señales, que muestrea a razón de 2KS/s durante 1 segundo cada 15 minutos de manera ininterrumpida (lo que hace un total de 4 muestras de 2000 puntos cada hora).

El ordenador al que se encuentra conectada la tarjeta de adquisición mediante puerto USB, ejecuta de forma permanente un programa el cual, a partir de los datos de cada muestreo, analiza el espectro de frecuencia asociado a las vibraciones mediante transformadas rápidas de Fourier (FFT) y almacena los resultados.

Al final del día, el mismo programa crea un archivo comprimido con los datos procesados a lo largo de este y los envía via e-mail para su posterior análisis.

Excepto los acelerómetros, todos los dispositivos se encuentran ubicados en un cuadro de montaje metálico (a modo de Jaula de Faraday), en la misma sala del transformador.

 

 

Una vez enviados los datos, estos se encuantran en disposición de ser evaluados. Mediante un programa de cálculo numérico se crean graficos tridimensionales, a modo de resúmenes diarios, que facilitan la interpretación de la evolución del patrón de vibraciones a lo largo del día, así como un resumen de la evolución de los principales armónicos en el periodo evaluado.

 

 

Resultados

Durante los 6 meses de vida del proyecto (01/07/2014, inicio del proyecto, hasta el 31/12/2014), en los que se ha estado evaluando uno de los transformadores que Endesa Red ha cedido para su evaluación, se ha podido observar lo siguiente:

- Que la vibración no se reparte del mismo modo a lo largo de toda la superficie del transformador evaluado. Se observa que la parte del transformador que más vibra es la posterior (acelerómetro nº4), cuyas lecturas son, de media, del orden de 3.5 veces superiores al caso más favorable (acelerómetro nº2). Esto es debido a la propia geometría del transformador, que en la zona en que se ha colocado el sensor nº4, cuenta con menos refuerzos que en las otras.

- Que a pesar de lo anterior, el transformador evaluado, a día de hoy, se encuentra en buen estado puesto que se cumplen las siguientes premisas:

  1. El espectro de frecuencia, muestra que la mayor amplitud de vibración se presenta en el armónico igual a 2x, 100 Hz puesto que la frecuencia de operación es de 50Hz. La amplitud que registra en el sensor nº4 a esta frecuencia (que es el que globalmente registra mayores niveles de vibración) es del orden de 0.1g, muy por debajo del límite de 0.9g establecido como amplitud máxima admisible en este armónico (límites EPRI, a 50Hz).
  2. Los armónicos pares (100Hz, 200Hz, 300Hz, 400Hz), están presentes siendo su amplitud de vibración menor, en todo caso, a la amplitud de 2x y sin superar ninguno de ellos (tomando como referencia el sensor 4) el valor establecido por la EPRI como máximo admisible.
  3. Los armónicos impares (50Hz, 150Hz, 250Hz), tienen una clara tendencia a cero.