FIEE Elétrica 2007 Ferramentas para o Monitoramento da Vida Útil de Transformadores

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1 Ferramentas para o Monitoramento da Vida Útil de Transformadores. Power Transmission and Distribution

2 O transformador é o componente mais crítico de uma subestação Page 2 Abril Alaor Scardazzi

3 Número de Explosões Crescimento exponencial de explosões Sergi Transformer Explosions in the United States 1990 Year acompanhando o envelhecimento e o fim da vida útil 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 Page 3 Abril Alaor Scardazzi

4 Principais grupos de materiais de um transformador: -Cobre -Aço Silício (núcleo) Envelhecimento lento -Aço Carbono (tanque e ferragens internas estruturais) - Isolação Sólida (papel, papelão, madeiras, etc.) -Fluido Isolante Envelhecimento mais acelerado Page 4 Abril Alaor Scardazzi

5 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 Page 5 Abril Alaor Scardazzi

6 Fatores que influenciam o envelhecimento do material isolante: Envelhecimento no decorrer da operação -Ar / oxigênio -Umidade -Temperatura -Contaminação -Estresses elétricos e mecânicos Page 6 Abril Alaor Scardazzi

7 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. Page 7 Abril Alaor Scardazzi

8 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 Page 8 Abril Alaor Scardazzi

9 Recursos utilizados: -Criação de fingerprints Testes de comissionamento Avaliação dos registros de impactos Histórico dos dados g +1,0 +0,75 +0,5 +0,25 0,0-0,25-0,5-0,75-1,0 Event 8 from ShockLog recorder logged at :44:08 X Y Z 0,0 0,013 0,025 0,038 0,05 0,063 0,075 0,088 0,1 0,113 0,125 Seconds Page 9 Abril Alaor Scardazzi

10 Recursos utilizados: -Transformador em serviço Monitoramento on-line detecta os primeiros sinais de uma provável falha Page 10 Abril Alaor Scardazzi

11 Recursos utilizados: -Transformador em serviço Análise do óleo isolante Gases dissolvidos -DGA Físico-químicos 2-Fal Page 11 Abril Alaor Scardazzi

12 Recursos utilizados: -Transformador em serviço Emissão acústica Page 12 Abril Alaor Scardazzi

13 Recursos utilizados: -Transformador em serviço Termografia infravermelho Page 13 Abril Alaor Scardazzi

14 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 Page 14 Abril Alaor Scardazzi

15 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 Page 15 Abril Alaor Scardazzi

16 Recursos utilizados: -Transformador fora de serviço - Unidade móvel para testes em campo Page 16 Abril Alaor Scardazzi

17 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 Page 17 Abril Alaor Scardazzi

18 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 Page 18 Abril Alaor Scardazzi

19 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 Page 19 Abril Alaor Scardazzi

20 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. Page 20 Abril Alaor Scardazzi

21 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 Page 21 Abril Alaor Scardazzi

22 Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador: -2-FAL Page 22 Abril Alaor Scardazzi

23 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 Page 23 Abril Alaor Scardazzi

24 Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador: -Análise estatística Exemplo de classificação Page 24 Abril Alaor Scardazzi

25 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. Page 25 Abril Alaor Scardazzi

26 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. Page 26 Abril Alaor Scardazzi

27 Monitoramento de transformadores Temp óleo sup/inf Temp Enrolamento Nível de óleo Condição das buchas Tensão, corrente Sistema especialista localizado na sala de controle -Subestação - Fluxo ar Temperatura ambiente Fluxo óleo Monit. do OLTC Umidade óleo Gases no óleo Intranet Page 27 Abril Alaor Scardazzi

28 Arquitetura Page 28 Abril Alaor Scardazzi

29 Estratégia de Armazenamento de Dados Manipulação eficiente do banco de dados: captura de 3 valores ao invés de 24. Temperatura V 2 V 3 V 1 Tempo Apenas dados significantes são capturados Page 29 Abril Alaor Scardazzi

30 Análise Estatística FIEE Elétrica 2007 A análise estatística é criada durante um período definido de aprendizado -Média, Desvio Padrão da população com 95% de intervalo de confiança. Alterações bruscas nos valores da média e do desvio padrão são monitoradas com o objetivo de detectar mudanças de comportamento. -F 1, -F 2 +F 1, +F 2 -F 1, -F 2 +F 1, +F 2 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 Page 30 Abril Alaor Scardazzi

31 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 Page 31 Abril Alaor Scardazzi

32 Envio de s 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: Page 32 Abril Alaor Scardazzi

33 Diagnósticos Page 33 Abril Alaor Scardazzi

34 Fluxograma de dados Page 34 Abril Alaor Scardazzi

35 Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Page 35 Abril Alaor Scardazzi

36 Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de problemas no OLTC? Page 36 Abril Alaor Scardazzi

37 Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de sobretensões? Page 37 Abril Alaor Scardazzi

38 Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de gases ok? Page 38 Abril Alaor Scardazzi

39 Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Sobrecarga ok? Page 39 Abril Alaor Scardazzi

40 Visualização de gráficos múltiplos Page 40 Abril Alaor Scardazzi

41 Visualização de gráficos específicos Análise de gases on-line: Evolução da falha Page 41 Abril Alaor Scardazzi

42 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 Page 42 Abril Alaor Scardazzi

43 Sensores - Gases Page 43 Abril Alaor Scardazzi

44 Sensores - Umidade Page 44 Abril Alaor Scardazzi

45 Sensores Temperatura (óleo, ambiente e enrolamento) Page 45 Abril Alaor Scardazzi

46 Sensores - Buchas Page 46 Abril Alaor Scardazzi

47 Muito obrigado pela atenção Page 47 Abril Alaor Scardazzi

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