Caso de Estudio: Actuación de la válvula de sobrepresión de un transformador de 100MVA en servicio. by Moises Campos (blu-carpet)

CASO DE ESTUDIO: ACTUACIÓN DE LA VÁLVULA DE SOBREPRESIÓN DEL AUTOTRANSFORMADOR Nro.3 230/115/13,8KV 100MVA MARCA: FUJI DE LA SUBESTACIÓN CASANAY.

ING. MOISÉS CAMPOS PIRELA Casanay, 02 de Mayo de 2017.

AGRADECIMIENTOS. Al equipo de trabajo; Juan Aguilera, Williams Guzman; Sr. Juan Herrera, Sr. Alejandro Rodríguez, Sr. Carlos Díaz, Ing. Rafael Calderón, Ing. Juan Rausseo, Ing. Daniel Andarcia (SUCRE); Ing. Carlos Rosario(SUCRE), Tec. Luis Pacheco(CNRT), Ing. Eleazar Romero (CNRT)

ACERCA DE ESTE DOCUMENTO INTRODUCCIÓN. Al momento de atender una falla de emergencia por la actuación de una válvula de sobrepresión de un transformador, hace pensar en un principio que el daño pudo haber sido por fallas eléctricas debido al desgaste del aislamiento interno del equipo, tratándose de equipos con más de 30 años de servicio, siempre hay que tomar en cuenta las señales que se observan en el tablero de señalizaciones de todo transformador, para así poder definir el tipo de problema que sucedió. A la hora de atender la falla de un transformador, siempre se recomienda hacer un estudio eléctrico al equipo, que conste de varias pruebas como son: relación de transformación, corriente de excitación, factor de potencia a los devanados, resistencia de devanados, a fin de conocer las condiciones eléctricas del equipo para su energización, así como de realizar un análisis físico-químico y cromatográfico del aceite dieléctrico para ver la condición del equipo por el aceite. Los fallos pueden aparecer en todas las partes del transformador, sin embargo el caso de estudio del documento será por la actuación de la válvula de sobrepresión del autotransformador trifásico Nro.3 230/115/13,8Kv de 100MVA Marca: Fuji de la subestación Casanay (Mayo 2017), una avería u obstrucción en el sistema de compensación (Sílica gel) del transformador, puede ser un problema imperceptible, pero si el equipo opera en un sistema con debilidades su fallo puede dejar sin servicio áreas económicas importantes.

CASO DE ESTUDIO: ACTUACIÓN DE LA VÁLVULA DE SOBREPRESIÓN DEL AUTOTRANSFORMADOR TRIFÁSICO Nro.3 230/115/13,8KV 100MVA MARCA: FUJI DE LA SUBESTACIÓN CASANAY. Los cambios de temperatura del aceite de un transformador hace que éste se dilata y se contrae en el interior de un transformador haciendo cambios de presiones, la función del sistema de compensación de un transformador hace que estos cambios puedan llevarse como una acción “artificial de respirar del transformador” para que los cambios de temperaturas y de presiones no afecte el equipo. El Aceite se expande por la temperatura y luego pasa por los radiadores, al fluir por los radiadores éstos disminuyen la temperatura, ocurriendo un ciclo de la temperatura del aceite en el transformador, en este sentido el tanque de expansión donde se contiene a su vez la membrana y éstos están conectados por la tubería hasta el deshumidificador (sílica gel), forman en conjunto el sistema de compensación de presiones del transformador.

Fig. 1 Ciclo del aceite dentro de un transformador de potencia.

Fig. 2 Sistema de compensación de presión de un transformador sumergido en aceite. Cuando el aceite se expande por la acción de la temperatura hace que la membrana se contraiga, extrayendo el aire por la tubería hasta llegar al deshumidificador (sílica gel), luego sucede una expansión por el ingreso del aire en el interior de la membrana, éstos cambios de temperatura, ejercen un cambio de presiones. Para ello se requiere que la tubería se encuentre libre, para permitir el flujo del aire y liberar así la presión que ejerce el aceite sobre la membrana en el tanque de expansión. En un caso contrario, de encontrarse el sistema de compensación de presiones obstruido, o donde no pueda ejercer la “respiración artificial del transformador”, debido a una demanda de potencia que incrementaría la temperatura y por ello sucedería una acumulación de presiones en el interior del equipo, que haría actuar la válvula de sobrepresión, siendo el ejemplo para el caso de estudio en el presente documento.

Antecedentes: El autotransformador Nro. 3 de 230/115/13,8kv de 100MVA Marca: Fuji de la Subestación Casanay, presentaba su sistema de compensación de presión obstruido, y debido al incremento de la temperatura interna por demandas de suministro, la presión interna fue incrementándose, hasta llegar al punto de actuar la válvula de sobrepresión en dos ocasiones, para el Martes 2/05/2017 y el Miércoles 3/05/2017

Foto Nro.1 Sistema de compensación obstruido del ruptor (Pequeña) y del tanque de expansión (Grande) del Autotransformador Nro. 1 en S/e Casanay.

Desarrollo: Durante la inspección se chequearon las alarmas y disparos del tablero del Autotransformador, durante su revisión no se observó actuación del relé Buchholz, ni del relé de flujo, para los tres ruptores que tiene el equipo, así mismo no hubo actuación del relé diferencial, ni alarma por sobrecorriente, las temperaturas de los termómetros no superaron los 70 grados centígrados,y las bombas del equipo se encontraban en servicio. Sólo se encontró la válvula de sobrepresión actuada, con el derrame del aceite del transformador.

Foto Nro.2 Termómetros de Aceite, AT; BT; Terciario del Auto Nro. 3 en S/e Casanay, la temperatura de los indicadores no superaron los 72 grados.

Foto Nro.3 Bombas del Autotransformador en funcionamiento.

Foto Nro.4 Relé Buchholz la protección no alarmó ni disparó, no hubo gases atrapados.

Foto Nro.5 Los relés de flujo (RS2001) no hubo presencia de flujo en los ruptores.

Foto Nro.6 Señalización del FIR 63V, dónde se llegaban varias señales al mismo punto del tablero.

Foto Nro.7 Válvula de sobrepresión actuada, el indicador estaba arriba y con derrame de aceite en el Equipo.

Foto Nro.8 Estudio cromatográfico del aceite post-actuación de la válvula de sobrepresión, El total de gases combustible según la muestra no superó la condición 1, (es decir sin gases combustibles).

Estudio Eléctrico: Factor de Potencia a los devanados @10KV

Foto Nro.9 Tabla característica del Autotransformador Marca:Fuji 230/115kv/13,8kv 100MVA

Tabla 2. Resultados de la mediciรณn de la corriente de excitaciรณn, Observaciรณn: buenas condiciones.

Ajustes: Toma 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016

Vprim. nom

Vsec. nom

230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V

120750,0/√3V 119600,0/√3V 118450,0/√3V 117300,0/√3V 116150,0/√3V 115000,0/√3V 113850,0/√3V 112700,0/√3V 111550,0/√3V 110400,0/√3V 109250,0/√3V 108100,0/√3V 106950,0/√3V 105800,0/√3V 104650,0/√3V 103500,0/√3V

V prim. nom.

Vsec. nom.

Relación nom.

V prim.

103500,0/√3V 104650,0/√3V 105800,0/√3V 106950,0/√3V 108100,0/√3V 109250,0/√3V 110400,0/√3V 111550,0/√3V 112700,0/√3V 113850,0/√3V 115000,0/√3V 116150,0/√3V 117300,0/√3V 118450,0/√3V 119600,0/√3V

2,2222:1 2,1978:1 2,1739:1 2,1505:1 2,1277:1 2,1053:1 2,0833:1 2,0619:1 2,0408:1 2,0202:1 2,0:1 1,9802:1 1,9608:1 1,9417:1 1,9231:1

99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,99V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,97V 99,99V 99,98V 99,98V 99,98V

A: Toma A 001 A 002 A 003 A 004 A 005 A 006 A 007 A 008 A 009 A 010 A 011 A 012 A 013 A 014 A 015

V sec. 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0°

44,451164V 44,933834V 45,424084V 45,929089V 46,403172V 46,913689V 47,406212V 47,886482V 48,375805V 48,862633V 49,363552V 49,832932V 50,342724V 50,8255V 51,306381V

Relación 0,97° 0,99° 0,98° 0,96° 0,99° 0,98° 0,95° 0,96° 0,97° 0,96° 0,99° 0,99° 0,98° 0,98° 0,99°

2,2492:1 2,225:1 2,201:1 2,1768:1 2,1548:1 2,1311:1 2,109:1 2,0879:1 2,0667:1 2,0461:1 2,0252:1 2,0065:1 1,986:1 1,9671:1 1,9487:1

calc -1,215% -1,238% -1,247% -1,223% -1,274% -1,225% -1,234% -1,261% -1,269% -1,282% -1,26% -1,328% -1,285% -1,308% -1,331%

A 016

230000,0/√3V

120750,0/√3V

1,9048:1

99,98V

V prim. nom.

Vsec. nom.

Relación nom.

V prim.

2,2222:1 2,1978:1 2,1739:1 2,1505:1 2,1277:1 2,1053:1 2,0833:1 2,0619:1 2,0408:1 2,0202:1 2,0:1 1,9802:1 1,9608:1 1,9417:1 1,9231:1 1,9048:1

99,98V 99,98V 99,99V 99,98V 99,98V 99,99V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,99V 99,97V 99,98V 99,98V 99,98V

V prim. Nom.

Vsec. nom.

Relación nom.

V prim.

230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V

120750,0/√3V 119600,0/√3V 118450,0/√3V 117300,0/√3V

2,2222:1 2,1978:1 2,1739:1 2,1505:1

99,98V 99,98V 99,98V 99,98V

0,0°

51,796532V

0,99°

1,9302:1

-1,333%

B: Toma B 001 B 002 B 003 B 004 B 005 B 006 B 007 B 008 B 009 B 010 B 011 B 012 B 013 B 014 B 015 B 016

V sec. 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0°

44,556625V 45,044575V 45,549816V 46,044849V 46,538109V 47,030029V 47,512348V 48,015347V 48,502628V 49,001781V 49,488819V 49,988518V 50,484108V 50,972649V 51,470409V 51,954952V

Relación 0,82° 0,83° 0,81° 0,81° 0,82° 0,83° 0,81° 0,83° 0,79° 0,82° 0,81° 0,8° 0,8° 0,81° 0,81° 0,82°

2,2439:1 2,2196:1 2,1952:1 2,1714:1 2,1483:1 2,1261:1 2,1043:1 2,0823:1 2,0613:1 2,0403:1 2,0203:1 2,0003:1 1,9802:1 1,9614:1 1,9425:1 1,9244:1

I -0,977% -0,992% -0,98% -0,972% -0,968% -0,988% -1,008% -0,989% -1,005% -0,995% -1,015% -1,015% -0,989% -1,015% -1,009% -1,029%

C: Toma C 001 C 002 C 003 C 004

V sec. 0,0° 0,0° 0,0° 0,0°

44,444317V 44,94495V 45,428009V 45,924171V

Relación 1,07° 1,07° 1,03° 1,06°

2,2496:1 2,2245:1 2,2008:1 2,1771:1

I -1,233% -1,215% -1,237% -1,237%

C 005 C 006 C 007 C 008 C 009 C 010 C 011 C 012 C 013 C 014 C 015 C 016

230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V 230000,0/√3V

116150,0/√3V 115000,0/√3V 113850,0/√3V 112700,0/√3V 111550,0/√3V 110400,0/√3V 109250,0/√3V 108100,0/√3V 106950,0/√3V 105800,0/√3V 104650,0/√3V 103500,0/√3V

2,1277:1 2,1053:1 2,0833:1 2,0619:1 2,0408:1 2,0202:1 2,0:1 1,9802:1 1,9608:1 1,9417:1 1,9231:1 1,9048:1

99,98V 99,98V 99,99V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V 99,98V

Medición de la relación de transformación: FASES A, B, C Equipo empleado Omicron, CPC100. V3.0 Relación monofásica de las fases del equipo. Observación: Desviación fuera de la norma, pero sin alarmas para su energización.

0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0° 0,0°

46,418743V 46,90778V 47,400791V 47,887302V 48,384407V 48,862347V 49,36235V 49,841679V 50,332916V 50,821068V 51,311718V 51,816929V

1,08° 1,08° 1,06° 1,07° 1,07° 1,08° 1,08° 1,08° 1,08° 1,07° 1,09° 1,1°

2,1539:1 2,1314:1 2,1095:1 2,0878:1 2,0664:1 2,0462:1 2,0254:1 2,006:1 1,9864:1 1,9673:1 1,9485:1 1,9295:1

-1,231% -1,24% -1,258% -1,256% -1,254% -1,287% -1,27% -1,303% -1,306% -1,318% -1,321% -1,297%

Foto Nro.10. reemplazo del sistema de Sílica gel, el de la figura era el que tenía antes, el envase no tenía aceite, no había forma de chequear si se “respiraba artificialmente”

Correcciones Aplicadas: -

Se repone el switch de la válvula de sobrepresión.

Se chequea el nivel del transformador.

Se retiran 600 Litros de aceite del tanque de expansión, con ello el tanque de expansión se pasó del nivel 8, hasta el nivel 2, retirándose aprox. 700 kg.

Se infla la membrana con nitrógeno.

Se reemplaza el sistema de la compensación hermértico (obstruido) por uno con envase.

Se reemplaza la sílica gel del contenedor.

CONCLUSIÓN

Los cambios de temperatura del aceite de un transformador hace que éste se dilata y se contrae en el interior de un transformador ejerciendo cambios de presiones, la función del sistema de compensación de un transformador hace que estos cambios puedan llevarse como una acción “artificial de respirar del transformador” para que los cambios de temperaturas y de presiones no afecte el equipo. El Aceite se expande por la temperatura y luego pasa por los radiadores, al fluir por los radiadores éstos disminuyen la temperatura, ocurriendo un ciclo de la temperatura del aceite en el transformador, en este sentido el tanque de expansión donde se contiene a su vez la membrana y éstos están conectados por la tubería hasta el deshumidificador (sílica gel), forman en conjunto el sistema de compensación de presiones del transformador. El caso encontrado en el equipo nro. 3 de Casanay fue un sistema de compensación de presiones obstruido (Sílica obstruida), y junto con las acciones de desalojar 600litros de aceite del tanque de expansión le retiró presión al transformador, con ello se eliminaría una acumulación de presiones en el interior del equipo, que evitará la actuación de la válvula de sobrepresión, por obstrucción mecánica. Las pruebas de factor de potencia, corriente de excitación y relación de transformación, permitieron verificar la operatividad eléctrica del equipo, y conocer que la actuación de la válvula de sobrepresión no produjo daños internos en el equipo. De igual forma el estudio cromatográfico permitió conocer que la condición del total de gases combustibles del aceite no superó la condición 1 (sin problemas para energizarse). Con la reparación del sistema de compensación de presiones del Autotransformador, se consiguió recuperar los 100 MVA, para el sistema Oriental Venezolano adecuarlos a los niveles de tensión del sistema de 115KV nivel de tensión 230/115/13,8kv Marca Fuji de la subestación eléctrica Casanay.

Recomendaciones:

Evitar superar la capacidad de los MVA de los autotransformadores.

Chequear los niveles de aceite y los sistemas de compensación de los otros Autotransformadores de la Subestación Casanay.

Aprovechar el ingreso del Nuevo Autotransformador, para verificar la condición de los otros equipos en el parque de la subestación Casanay.

Realizar el mantenimiento a los ruptores si pasan de 5 años del último mantenimiento.

Hacer un análisis completo del aceite de los otros equipos en la Subestación Casanay.

Hacer un Estudio Eléctrico de los equipos en la Subestación Casanay, para conocer su condición.

Atentamente: ___________________________ Ing. Moisés Campos Pirela Prof. T II Dpto. transformadores región Oriental