Herramientas inteligentes para el diagnóstico de transformadores sometidos a esfuerzos electromagnéticos severos

Transcrição

1 Herramientas inteligentes para el diagnóstico de transformadores sometidos a esfuerzos electromagnéticos severos Nombre Carlos Guilherme Gonzales Correo cgonzale@cteep.com.br Empresa Cargo Coordenador de Desenvolvimento 1

2 OBJETIVO E NECESSIDADE OBJETIVO Desenvolver ferramenta computacional inteligente, composta por sistemas de suporte à decisão, que permitem o completo diagnóstico de eventuais avarias em transformadores, levando-se em conta a análise integrada de resultados advindos de diversos ensaios: Resultados de ensaios convencionais (isolação); Resultados de ensaios complementares (quimicos e acústica); Resultados de ensaios especiais (Tensão Induzida). NECESSIDADE Ausência de metodologias e ferramentas eficientes para a completa realização de diagnóstico, levandose em consideração as contribuições simultâneas advindas de vários ensaios experimentais. Trata-se de uma demanda técnico-científica. 2

3 ITENS DE RELEVÂNCIA Ausência de ferramentas e metodologias eficientes para efetuar a avaliação de resultados de maneira integrada e de forma automática. Metodologias convencionais realizam o diagnóstico levando-se em conta ensaios apenas realizados de maneira isolada, sendo que depende muito da experiência do especialista que efetuará a avaliação. Probabilidade elevada de gerar inovações científicas e produtos tecnológicos, pois trata-se de um assunto que está totalmente aberto. Potencial de retornos expressivos de modo a elevar ainda mais a qualidade e rapidez dos serviços prestados. Domínio de todas as tecnologias relacionadas à temática de diagnóstico em transformadores. 3

4 PRINCIPAIS ITENS DE INOVAÇÃO Dedução de metodologia técnico-científica que permitirá relacionar, de maneira integrada e automática, todos os resultados advindos dos ensaios experimentais. Formulação de sistema especialista inteligente que, baseado na metodologia desenvolvida, auxiliará no diagnóstico de avarias de transformadores. Desenvolvimento de ferramenta de apoio à decisão que será responsável pela identificação de tendências que poderão levar a uma futura situação de falha. Proposição de scripts otimizados para eficiente realização de ensaios especiais, particularmente aqueles envolvendo a aplicação de Tensão Induzida (on site). 4

5 ENSAIOS DE TENSÃO INDUZIDA Aspectos de necessidade e relevância O domínio técnico-científico de ensaios de tensão induzida é de suma importância para que a CTEEP adquirisse o completo know-how envolvendo Diagnóstico conclusivo de Transformadores. A ausência deste domínio implica em diagnósticos menos assertivos quando os transformadores são submetidos a esforços eletromagnéticos severos ou outras condições adversas. A formulação metodológica e elaboração de instruções mais otimizados para execução de ensaios de tensão induzida, a fim de detectar eventuais avarias, permite o completo domínio da técnica especialista. O ensaio de Tensão Induzida permite que o equipamento seja avaliado in locus, aplicando-se a mesma, ou superior tensão de operação em que o transformador está submetido. 5

6 ENSAIOS DE TENSÃO INDUZIDA Aspectos de necessidade e relevância Diversos tipos de avarias ou situações de suspeita podem acometer o transformador e somente são detectadas utilizando-se ensaios de Tensão Induzida: Transformadores novos, em que após o transporte houve a indicação de solavancos superiores aos recomendados, ou alteração no ensaio de resposta de frequência; Transformadores usados que passaram por algum reparo de alta complexidade em campo; Transformadores usados após serem submetidos a esforços severos em operação, ou seja, curto circuito em que haja indicativo de possível avaria interna, não detectável através de ensaios operacionais de rotina; Transformadores que por atuação de suas proteções, mesmo após os ensaios de rotina convencionais, ainda são suspeitos e deverão ser avaliados para complementação e liberação para operação ou intervenção interna. 6

7 ENSAIOS DE TENSÃO INDUZIDA Aspectos de metodologia técnico-científica O domínio de ensaios de Tensão Induzida está sendo conduzido com as seguintes fases: Definição de instruções operacionais que visam otimizar a aplicação ensaios de Tensão Induzida, permitindo detectar diversas situações de risco envolvendo esforços mecânicos e magnéticos severos. Formulação de métodos que permitam detectar sinais transitórios relacionados com eventuais avarias advindas desses esforços. Adoção de ferramentas de processamento de sinais para extração de características que permitam identificar e diferenciar os principais tipos de avarias. Desenvolvimento de sistema especialista inteligente que permita de forma automatizada identificar, mediante as características extraídas, se há avaria que pode estar incidindo no transformador. 7

8 ENSAIOS DE TENSÃO INDUZIDA Aspectos do aparato experimental A aquisição da fonte foi essencial para o domínio técnico-científico dos ensaios de Tensão Induzida, pois permite a realização dos experimentos necessários. Subsidia também os testes que devem ser realizados a fim de validar as ferramentas de diagnóstico desenvolvidas no decorrer do trabalho. Servirá para sustentar tecnicamente diversos outros desenvolvimentos que são realizadas no âmbito das universidades, industrias e concessionarias de energia. 8

9 FONTE DE TENSÃO INDUZIDA 9

10 ANÁLISE INTEGRADA DE ENSAIOS Conceituação // Condições não operacionais O sistema de isolação de trafos se degrada com o tempo de operação e com a fadiga promovida por condições não operacionais do sistema elétrico, no qual esses equipamentos se acoplam. Dentre essas condições não-operacionais destacam-se os curto-circuitos, as sobretensões transitórias e as sobrecargas emergenciais. Essas condições não-operacionais podem decorrer na redução da espectativa de vida útil do transformador. Além dos fatores externos, aspectos internos afetam também sua espectativa de vida, em que se associam às condições térmicas, elétricas, mecânicas e envelhecimento. 10

11 ANÁLISE INTEGRADA DE ENSAIOS Conceituação // Qualificação do risco Assim, uma quantificação do risco, associado à operação, está intimamente relacionada à avaliação do seu sistema de isolação. Esta avaliação, por sua vez, pode ser feita em diferentes dimensões, tais como a mensuração de alterações em função da: Frequência, Temperatura e Propriedades químicas. Adicionalmente, a probabilidade de falha cresce exponencialmente com a degradação da isolação. Dessa forma, mais uma dimensão deve ser inserida na análise, ou seja: Histórico da variação das propriedades do sistema de isolação em função do tempo. 11

12 ANÁLISE INTEGRADA DE ENSAIOS Conceituação // Desafios Tem-se os seguintes desafios para o projeto: Investigar na literatura correlata como os mecanismos de degradação da isolação se processam nos diferentes extratos (frequência, temperatura, tensão, sobrecarga e histórico). Determinar como esses mecanismos se refletem nas propriedades mensuráveis do sistema de isolação. Determinar como o histórico das propriedades se modifica ao longo do tempo. Integração das informações para inferir sobre o diagnóstico do equipamento. 12

13 ANÁLISE INTEGRADA DE ENSAIOS Conceituação // Aspectos de requisitos Dessa forma, a quantificação de propriedades do sistema de isolação por meio de ensaios é de primordial importância. O gerenciamento inteligente desses ensaios, deve ser focado com a finalidade processar seus dados e obter informações correlatas à qualidade do sistema de isolação. Sistemas inteligentes de apoio à decisão devem ser então compilados para integralizar a contribuição de todos os resultados advindos dos diferentes ensaios. 13

14 SISTEMA ESPECIALISTA Tela de abertura do sistema SmartTrafo 14

15 SISTEMA ESPECIALISTA Árvore de gerenciamento de ensaios Árvore de Gerenciamento de Ensaios Exemplos de ensaios já em processamento pelo software. 15

16 SISTEMA ESPECIALISTA Detalhe do menu de gerenciamento de ensaios Menu Gerenciamento de Ensaios Inserção de novos ensaios; Alteração de ensaios cadastrados; Exclusão de ensaios cadastrados; Planejamento das atividades que envolvem cada ensaio; Verificação da consistência dos ensaios. 16

17 SISTEMA ESPECIALISTA Menu de análise integrada e estimação de tendências Análise Integrada Realiza a análise dos dados obtidos por meio dos ensaios, de forma que todos os ensaios possam ser integrados; Pode utilizar dados dos ensaios atuais ou provenientes do histórico. Estimação de Tendências Utiliza os dados históricos dos ensaios para estimar tendências relacionadas à vida útil do Ativo. 17

18 SISTEMA ESPECIALISTA Arquitetura de apoio à decisão Interface Gráfica Consultas SQL Módulo de Acesso à Base de Dados Módulo de Interfaceamento com Ensaios Sistema de Rede Neural Artificial Equipamento Arquivo Software Base de dados Base de Dados Sistema inteligente de análise integrada de ensaios em transformadores Emissão de Diagnóstico Sistema de Inferência Fuzzy 18

19 SISTEMA ESPECIALISTA Arquitetura de apoio à decisão // Redes neurais Ensaios físico-químicos do óleo Ensaios cromatográficos do óleo Sistema de avaliação de risco de operação #1 Sistema de Rede Neural Artificial Avaliação #1 Fator de potência Relação de transformação Ensaios de tensão induzida Ensaios de resposta em frequência Sistema de avaliação de risco de operação #N Sistema de Rede Neural Artificial Avaliação #2 Avaliação #N 19

20 SISTEMA ESPECIALISTA Arquitetura de apoio à decisão // Sistemas fuzzy Avaliação #1 Avaliação #2 Sistema de Inferência Fuzzy Avaliação #N Fornecimento de indicadores para tomada de decisão. Arquitetura modular e robusta com redundância de decisões, que possibilita rapidez na resposta final sobre o diagnóstico do equipamento. A forma integrada de análise de resultados fornecerá indicativos precisos sobre o risco associado à continuidade da operação do transformador. Associado a essa informação, teremos então indicativos sobre a necessidade de se adotar ensaios especiais, como são os ensaios de Tensão Induzida. 20

21 CONCLUSÕES O produto do desenvolvimento fornecerá uma ferramenta, para diagnóstico, que levará em conta resultados advindos de diversos ensaios experimentais. A fonte de Tensão Induzida permitirá maior confiabilidade e precisão no diagnóstico de equipamentos in locus, as quais eram difíceis de serem implementadas na subestação, pois possibilita realizar testes experimentais com a mesma tensão, ou superior a de operação em que o transformador foi projetado. Preservação e disponibilização das informações de maneira organizada e hierárquica, de todos os dados históricos advindos dos inúmeros ensaios realizados nos Traformadores. Os resultados alcançados permitem também elevar a qualidade dos serviços prestados pela CTEEP, aumentando a sua confiabilidade operativa. O produto da pesquisa propiciará ainda o domínio completo de todas as tecnologias envolvidas com o diagnóstico preciso de transformadores. 21

22 AGRADECIMENTOS 22