Ferramentas para o Monitoramento da Vida Útil de Transformadores. Power Transmission and Distribution
O transformador é o componente mais crítico de uma subestação Page 2 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Número de Explosões 250 200 150 100 50 5 4 3 2 0 1951 Crescimento exponencial de explosões 1971 1977 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 Sergi Transformer Explosions in the United States 1990 Year acompanhando o envelhecimento e o fim da vida útil 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 1 0 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008 2013 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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 14004 logged at 03.10.2006 09:44:08 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 -2007 Alaor Scardazzi
Recursos utilizados: -Transformador em serviço Monitoramento on-line detecta os primeiros sinais de uma provável falha Page 10 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Recursos utilizados: -Transformador em serviço Análise do óleo isolante Gases dissolvidos -DGA Físico-químicos 2-Fal Page 11 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Recursos utilizados: -Transformador em serviço Emissão acústica Page 12 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Recursos utilizados: -Transformador em serviço Termografia infravermelho Page 13 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Recursos utilizados: -Transformador fora de serviço - Unidade móvel para testes em campo Page 16 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador: -2-FAL Page 22 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador: -Análise estatística Exemplo de classificação Page 24 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Arquitetura Page 28 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Envio de e-mails siemens@siemens.com 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 Page 32 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Diagnósticos Page 33 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Fluxograma de dados Page 34 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Page 35 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de problemas no OLTC? Page 36 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de sobretensões? Page 37 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Histórico de gases ok? Page 38 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas Sobrecarga ok? Page 39 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Visualização de gráficos múltiplos Page 40 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Visualização de gráficos específicos Análise de gases on-line: Evolução da falha Page 41 Abril -2007 Alaor Scardazzi
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 -2007 Alaor Scardazzi
Sensores - Gases Page 43 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Sensores - Umidade Page 44 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Sensores Temperatura (óleo, ambiente e enrolamento) Page 45 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Sensores - Buchas Page 46 Abril -2007 Alaor Scardazzi
Muito obrigado pela atenção alaor.scardazzi@siemens.com Page 47 Abril -2007 Alaor Scardazzi