FIEE Elétrica 2007
Ferramentas para o Monitoramento da Vida Útil
de Transformadores
.
Power Transmission and Distribution
FIEE Elétrica 2007
O transformador é o componente mais crítico de uma subestação
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Power Transmission and Distribution / TLM
250
200
150
Crescimento exponencial de
explosões
100
50
19
0
5
19 1
7
19 1
7
19 7
7
19 9
8
19 0
8
19 1
8
19 2
8
19 3
8
19 4
8
19 5
8
19 6
8
19 7
8
19 8
8
19 9
9
19 0
9
19 1
9
19 2
9
19 3
9
19 4
9
19 5
9
19 6
9
19 7
9
19 8
9
20 9
0
20 0
0
20 1
02
Número de Explosões
FIEE Elétrica 2007
Sergi – “Transformer Explosions in the United States”
Year
5
…acompanhando o envelhecimento e o
fim da vida útil
4
3
2
1
0
19 73
19 78
19 8 3
19 8 8
19 9 3
19 9 8
2003
2008
2 0 13
William H. Bartley P.E., Hartford Steam Boiler Inspection & Insurance Co.,
"Life Cycle Management of Utility Transformer Assets,"
Média da idade dos transformadores dos EUA: 39 anos
Média da idade dos transformadores brasileiros: ~29 anos
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Principais grupos de materiais de um transformador:
- Cobre
Envelhecimento
lento
- Aço Silício (núcleo)
- Aço Carbono (tanque e ferragens internas estruturais)
- Isolação Sólida (papel, papelão, madeiras, etc.)
Envelhecimento
mais acelerado
- Fluido Isolante
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Fatores que influenciam o envelhecimento do material isolante:
Envelhecimento precoce
- Qualidade dos materiais / Fornecedores qualificados
- Estocagem e manuseio da matéria prima
- Processo de secagem durante a produção
- Preservação da parte ativa durante armazenagem e transporte
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Fatores que influenciam o envelhecimento do material isolante:
Envelhecimento no decorrer da operação
-Ar / oxigênio
-Umidade
-Temperatura
-Contaminação
-Estresses elétricos e mecânicos
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Principais objetivos do gerenciamento da vida do transformador:
-avaliar continuamente o seu estado operacional;
-aumentar a confiabilidade;
-auxiliar no planejamento da manutenção;
-reduzir custos operacionais;
-reduzir riscos;
-evitar falhas catastróficas.
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Recursos utilizados:
-Criação de “fingerprints”
Testes de fábrica adicionais aos rotineiros
Gases dissolvidos no óleo DGA (antes/após dielétricos e elev. de
temp.)
Propriedades Físico-químicas do óleo (antes e após ensaios)
Resposta dos ensaios dielétricos
Capacitância e fator de potência
Resistência do isolamento (núcleo e enrolamentos)
Análise da resposta em freqüência
GP após o processo de secagem da parte ativa
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Recursos utilizados:
-Criação de “fingerprints”
Testes de comissionamento
Avaliação dos registros de impactos
Histórico dos dados
g
Event 8 from ShockLog recorder 14004 logged at 03.10.2006 09:44:08
X
Y
Z
+1,0
+0,75
+0,5
+0,25
0,0
-0,25
-0,5
-0,75
-1,0
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0,0
0,013
0,025
0,038
0,05
0,063 0,075
Seconds
0,088
0,1
0,113
0,125
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Monitoramento on-line detecta os primeiros sinais de uma
provável falha
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Análise do óleo isolante
Gases dissolvidos - DGA
Físico-químicos
2-Fal
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Emissão acústica
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Termografia infravermelho
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Principais vantagens
Redução do custo de manutenção
Evita perda de receita pela indisponibilidade
Evita riscos de danos nos equipamentos
Evita riscos de acidentes pessoais
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Recursos utilizados:
-Transformador fora de serviço
Vários testes realizados em fábrica, hoje em dia, também
podem ser executados no campo, destacando:
Descargas parciais
Medição de perdas a vazio e em carga com medição da impedância
Medição da vibração e nível de ruído
Análise em freqüência
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Recursos utilizados:
-Transformador fora de serviço - Unidade móvel para testes em campo
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
- Gases dissolvidos no óleo - DGA
►amplamente utilizado (métodos e diagnósticos consagrados)
►detecta
-pontos quentes
-descargas parciais
-degradação da celulose
-aquecimento localizado em partes metálicas
-vazamento do compartimento do comutador
-efeito de tintas e vernizes sobre o óleo
►não permite localização
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
- Gases dissolvidos no óleo - DGA
►avaliar tendência
vantagem para o monitoramento on-line
►limitações – principais efeitos que perturbam a correta avaliação
-procedimento de amostragem incorreto
-recipientes contaminados / inadequados
-tempo (vida útil) da amostra / transporte
-processamento da amostra incorreto
vantagem para o monitoramento on-line
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
-2-FAL
Analisado em conjunto com DGA e Físico-química é atualmente a principal fonte
não invasiva de informação do envelhecimento do material isolante.
Envelhecimento da isolação sólida ≡ decomposição da celulose
Diminuição do grau de polimerização (GP)
Origem a subprodutos, entre eles compostos furânicos
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
-2-FAL
Existe uma correlação entre 2-Fal e GP (grau de polimerização). Esta
correlação é influenciada por:
- Temperatura
- Umidade
- Oxigênio
- Ácidos
- Tipo do óleo (inibido / não-inibido)
- Tipo do papel (kraft / termo-estabilizado)
- Relação óleo/papel da parte ativa.
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
-2-FAL
Os procedimentos de manutenção também influenciam nos valores de
2-FAL
Tratamentos e/ou trocas de óleo reduzem os valores de 2-FAL
Novo equilíbrio dos valores 2-FAL após aprox. 6 meses
As taxas de crescimento são tão importantes quanto os valores
absolutos
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
-2-FAL
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
- Análise estatística
Aplica de ferramentas que utilizam inteligência
artificial (redes neurais e lógica fuzzy)
Correlaciona dados entre unidades idênticas ou
similares.
Classifica os transformadores analisados
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
- Análise estatística
Exemplo
de
classificação
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do
transformador:
- Análise estatística
Grande quantidade de dados
Monitoramento on-line com política de
armazenamento de informações.
Modelos de engenharia para utilizar os dados
adequadamente.
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Principal ferramenta para o gerenciamento da vida do
transformador é:
Monitoramento on-line
- avalia continuamente o seu estado operacional,
- aumenta a confiabilidade,
- auxilia no planejamento da manutenção,
- reduz custos operacionais,
- reduz riscos,
- evita falhas catastróficas,
- armazena adequadamente uma grande quantidade da dados.
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Monitoramento de transformadores
Nível de óleo
Temp
Enrolamento
Sistema
especialista
localizado na
sala de controle
- Subestação -
Condição
das buchas
Temp óleo
sup/inf
Tensão, corrente
Fluxo ar
Temperatura
ambiente
Fluxo óleo
Monit. do OLTC
Umidade óleo
Gases no óleo
Intranet
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Arquitetura
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Estratégia de Armazenamento de Dados
Temperatura
Manipulação eficiente do banco de dados:
captura de 3 valores ao invés de 24.
V2
V3
V1
Tempo
Apenas dados significantes são capturados
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Análise Estatística
-F1, -F2
Alterações bruscas nos
valores da média e do
desvio padrão são
monitoradas com o
objetivo de detectar
mudanças de
comportamento.
A análise estatística é
criada durante um
período definido de
aprendizado - Média,
Desvio Padrão da
população com 95% de
intervalo de confiança.
+F1, +F2
-F1, -F2
+F1, +F2
Esse sistema é capaz de aprender,
baseado nos dados históricos,
evitando falsos alarmes e podendo
detectar mudanças estatísticas
significativas, a tempo de que
limites severos sejam alcançados
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Critério de avaliação por tendências
T
A
Esses parâmetros podem ser estabelecidos usando:
1. Normas reconhecidas pela indústria, tais como os padrões
IEEE / ANSI.
2. Cálculos baseados na avaliação off-line das condições ou
na história da unidade, como DGAs anteriores ou resultados
de testes.
3. Níveis definidos pelo usuário
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Envio de e-mails
[email protected]
Sistema de Monitoramento e Diagnóstico de Transformadores
O SISTEMA DE MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES DA
SIEMENS DETECTOU OCORRÊNCIA QUE DEMANDA ATENÇÃO IMEDIATA
DETALHES NO ENDEREÇO: www.siemens-stms.com.br
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Diagnósticos
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Fluxograma de dados
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
Histórico de problemas
no OLTC?
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
Histórico de
sobretensões?
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
Histórico de gases ok?
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
Sobrecarga ok?
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Visualização de gráficos múltiplos
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Visualização de gráficos específicos
Análise de gases on-line:
Evolução da falha
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Modelos de engenharia implementados
• Umidade na isolação
• Desvio relativo da capacitância das buchas
• Sobretensão
• Modelo técnico-econômico
• Modelo térmico
• Modelo LOAD-GUIDE
• Modelo de perda de vida e envelhecimento relativos
• Monitoramento do OLTC
• Modelo para taxa de hidrogênio dissolvido no óleo (Hydran)
• Modelo para cromatografia on-line (8 gases ou 3 gases –
Triângulo de Duval)
• Volume de óleo
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Sensores - Gases
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Sensores - Umidade
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Sensores – Temperatura (óleo, ambiente e enrolamento)
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Sensores - Buchas
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Muito obrigado pela atenção
[email protected]
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