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Detecta la humedad en el aceite

Un ingeniero o un electricista controlando el estado de la instalación de transformadores de alta tensión en el patio de transformadores.
Victoria
Australia
Published: Nov 10, 2017
Transmisión de electricidad

 

POWERCOR AUSTRALIA es el distribuidor de electricidad más grande de Victoria. Powercor ha estado ejecutando un programa de monitoreo de humedad en línea en transformadores utilizando sondas de humedad en aceite tanto instaladas permanentemente como portátiles, incluido el medidor de humedad Vaisala HUMICAP® MM70. La mala calidad del aceite puede conducir a una baja rigidez dieléctrica e incluso a fallas. El tratamiento o reemplazo del aceite puede abordar la mayoría de los problemas de calidad del aceite, pero en el caso de la humedad que se mantiene en el aislamiento de papel de los devanados y las estructuras de soporte de los devanados, la humedad se recupera rápidamente. El control de la humedad proporciona una forma de rastrear esta recuperación, y el secado en línea proporciona una forma de gestionar la humedad en el aceite de modo que se mantenga el margen dieléctrico del aceite.

Medición de humedad en aceite

Las sondas de humedad miden dos cantidades:

  1. Aw - actividad del agua, una saturación relativa de humedad disuelta "activa", fracción de 0 a 1.
  2. T - temperatura del aceite en grados Celsius.

Las sondas también tienen un algoritmo incorporado opcional que proporciona una salida en ppm. La nueva fórmula de aceite es la predeterminada de fábrica y se pueden programar otras si se conocen. En general, los valores de ppm de las sondas son más bajos que los de las pruebas de Karl Fischer (KF) para determinar el contenido de agua de las muestras de aceite. Esto posiblemente se deba al agua unida en los artículos capturados por la prueba de Karl Fisher. Los resultados de saturación relativa de humedad de Karl Fisher se definen como "Rs" a continuación. Todos los transformadores a los que se hace referencia aquí tienen una forma de núcleo de 66/22 kv.

Monitoreo de humedad con sondas permanentes

Se han equipado doce transformadores Powercor con sondas permanentes. Cada uno proporciona dos salidas analógicas al sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA), ppm y temperatura. Los transformadores seleccionados para el monitoreo fueron aquellos con problemas conocidos de calidad del aceite, en general bastante viejos y en algunos casos muy cargados. La mayoría ha sido objeto de regeneración o sustitución de aceite en los últimos tiempos. La ubicación preferida para la sonda donde los transformadores tienen bancos de radiadores separados es la válvula de drenaje inferior de la línea de aceite de retorno del radiador al tanque principal. Esto coloca la sonda en el flujo de aceite del termosifón del transformador. Donde los bancos de radiadores no están separados, la ubicación elegida fue una de las válvulas de drenaje del radiador inferiores por razones similares. Las sondas tienen un sello de tipo deslizante, lo que significa que se pueden instalar de manera muy sencilla a través de la válvula de drenaje sin necesidad de interrupciones.

Figura 1: variación de humedad, transformador ONAN de 10 MVA. La Figura 1 del transformador ONAN de 10 MVA demuestra el efecto de un aumento de carga y un día caluroso. Observe cómo la humedad alcanzó un máximo de 60 ppm y no se recuperó durante varios días. El último nivel de humedad de KF del muestreo de aceite fue de 30 ppm. Una carga alta sostenida durante el clima cálido en esta unidad podría provocar una humedad excesiva y, en consecuencia, un margen dieléctrico bajo. El monitoreo en línea ha demostrado que esta unidad es un buen candidato para la deshidratación.

Figure 1: moisture variation,  10 MVA ONAN transformer.

 

Figura 2: ejemplo de comparación de humedad (SCADA) - La escala está en ppm. La conexión SCADA permanente permite realizar comparaciones entre unidades hermanas que comparten la misma carga y condiciones. El transformador que mostraba los menores niveles de humedad fue sometido a un secado en horno unos cinco años antes.

Figure 2: moisture comparison  example (SCADA) - Scale is in ppm.

 

Figura 3: recuperación de humedad después de un nuevo llenado de aceite. La escala está en ppm / deg C. En la figura 3, un transformador ONAF de 20 MVA, volumen de aceite 17000 litros, el cambio de aceite se completó el 28 de octubre de 2005 y el contratista tomó muestras del aceite a 11 ppm (KF). A los pocos días, los datos de la sonda revelaron que los niveles de humedad se habían recuperado y oscilaban entre 16 y 37 ppm.

Figure 3: moisture recovery  following new oil retrofi ll.  Scale is in ppm/deg C.

Sondas portátiles

Las sondas portátiles también están disponibles y Powercor ha obtenido tres de ellas de Vaisala. Hasta ahora, se han utilizado en 20 transformadores. Estas sondas tienen una fuente de alimentación de batería y suficiente memoria para almacenar datos a intervalos de lectura por hora durante aproximadamente 30 días, que es aproximadamente la vida útil de la batería. Una vez más, las ubicaciones elegidas son generalmente válvulas de drenaje del radiador para asegurar un flujo de aceite a través de la sonda. Estas sondas portátiles permiten la flexibilidad de poder monitorear una gran cantidad de sitios. Se puede instalar y programar una sonda para registrar datos en unos minutos. Se requiere una visita de regreso al sitio para descargar los datos, borrar la memoria para el próximo ciclo de registro y recargar la batería si es necesario.

Figura 4: regulador de baja humedad -66KV. En la figura 4, una muestra de aceite mostró una humedad inesperadamente alta y un dieléctrico bajo, KF de 43 ppm a 22 C (Rs = 0,7) Dieléctrico = 36 kV. Esto fue inesperado ya que la unidad se había secado al horno recientemente. Se instaló rápidamente una sonda portátil y los datos mostraron bajos niveles de humedad. Una segunda muestra de aceite confirmó esto: KF de 9 ppm a 15 ° C (Rs = 0,2) Dieléctrico = 82 kV. La muestra de aceite inicial probablemente estaba contaminada.

Figure 4: low moisture  -66KV regulator.


Figura 5: dramática reducción de aceite.

Figure 5: dramatic  reduction in moisture.

La figura 5 es de un transformador ONAF de 10/18 MVA. La reducción de la humedad coincidió con la puesta en servicio de un nuevo transformador en la estación, lo que redujo significativamente la carga de esta unidad. En resumen, las sondas portátiles proporcionan un medio muy conveniente y rentable para monitorear cualquier transformador que tenga válvulas en las ubicaciones adecuadas.

Los transformadores sin tales accesorios también podrían equiparse con sondas en el drenaje del tanque principal o válvulas de muestreo. Sin embargo, sin un flujo de aceite sobre la sonda, los resultados pueden ser inexactos o no representativos de la masa de aceite general. Secadores con tamices moleculares Powercor dispone de dos secadores en línea de tamices moleculares. Estas unidades están montadas en un carro y eliminan la humedad simplemente bombeando el aceite a través de cartuchos de filtro que contienen el material del tamiz molecular.

Están equipados con una única sonda de humedad, que puede monitorear el aceite entrante o saliente. Esto está determinado por la posición de una válvula de derivación. Cuando la humedad del aceite de salida iguala (o excede) la humedad del aceite de entrada, es posible que los cartuchos de filtro se hayan saturado, lo que indica que deben reemplazarse. En teoría, cada cartucho puede contener un litro de agua y hay cuatro cartuchos por secador. Los cartuchos son bastante caros y en la actualidad no hay opciones de reciclaje disponibles. Estas unidades están diseñadas para tomar el aceite de entrada del tanque principal en la parte inferior y devolver el aceite al conservador.

Este diseño tiene la ventaja de evitar cualquier problema con el relé Buchholz (relé de presión repentino) en caso de que entre aire en el sistema. Tiene la desventaja de exponer el aceite recién secado al espacio del cabezal del conservador. En el caso de Powercor, este espacio de cabeza está abierto a la atmósfera. Estos secadores se han utilizado en nueve transformadores hasta la fecha y a continuación se presenta un resumen de los resultados.

 

Tabla 1: resultados del secador de tamiz molecular de algunos transformadores

Table 1: molecular sieve dryer  results of some transformers

 

Tenga en cuenta: Los parámetros de aceite son de muestras de aceite (es decir, KF y pruebas de ruptura dieléctrica) con la excepción de los parámetros de aceite posteriores "S3" y "L2", que son de sondas. La humedad eliminada estimada se basa en la cantidad de cartuchos reemplazados y las lecturas de humedad de la entrada y salida de la secadora. Aunque los cartuchos de filtro tienen una capacidad nominal de un litro, se consideró que, a medida que se reducía el contenido de humedad, dejarían de eliminar la humedad en menos de eso. Para comprobarlo, se confeccionaron botes de pesaje y los cartuchos se pesaron sumergidos en aceite cuando eran nuevos y nuevamente cuando estaban “llenos”. El aumento de peso medio resultante fue de 641 gramos, lo que indica un contenido de humedad de 0,641 litros. Se ha estimado que cada juego de filtros elimina 2.6 litros de humedad a niveles de humedad de 10 a 20 ppm. También se encontró que el rendimiento del secador mejoró notablemente con la adición de una arandela de sellado adicional en la disposición de sujeción del filtro. Los secadores no funcionaron continuamente, sino que se apagaron durante períodos para permitir que se recuperaran los niveles de humedad. Una regla general para decidir cuándo dejar de filtrar fue cuando los niveles de humedad se mantuvieron constantes a menos de 20 ppm, o 0,2 Aw. Las sondas de monitoreo de Vaisala han demostrado ser valiosas para evaluar esto.

 

Figura 6: monitoreo de secado. La Figura 6 muestra los datos de una sonda permanente en el transformador "L2" durante el secado durante un período de 10 meses. Observe la reducción de la humedad del secador, seguida de la recuperación de la humedad a medida que se alcanza un nuevo equilibrio entre la humedad en la celulosa y la humedad en el aceite. Tenga en cuenta también que a medida que se reducen los niveles de humedad, también se reduce el grado de variación de la humedad en cada ciclo de carga diario.

Figure 6: monitoring dry out. Figure 7: typical filtering data.

Secador de filtro de papel

Powercor ha comprado más recientemente otro secador en línea que tiene un filtro de papel. Esta unidad elimina la humedad bombeando el aceite axialmente a través de un rollo de papel de filtro. La humedad migra del aceite al papel siempre que el papel esté más seco que el aceite. La unidad tiene un sistema controlado por un controlador lógico programable (PLC) bastante sofisticado que puede volver a secar el filtro de papel después de cada ciclo de filtrado. La unidad está equipada con sondas de humedad en la entrada y salida de aceite y tiene una función de registro de datos y monitoreo remoto. La secadora está equipada con una trampa de humedad para que se pueda recolectar la humedad real eliminada.

Esta unidad tiene la ventaja de una vida útil del filtro mucho más larga que las unidades de tamiz molecular. La secadora está conectada con la entrada de aceite que se toma de la válvula de drenaje del fondo del tanque principal y el aceite de salida se entrega a la válvula de drenaje de aceite superior. Hasta ahora se han realizado secados en tres transformadores y un cuarto está en curso. Tabla 2: resultados de la secadora que tiene un filtro de papel.

Results

Tenga en cuenta: Los parámetros del aceite provienen de muestras de aceite (es decir, KF y pruebas de ruptura dieléctrica). Dado que estos secados son recientes, aún no se ha llevado a cabo un seguimiento de los hidrocarburos. Se prevé cierta recuperación de los niveles de humedad. Este secador también tiene la posibilidad de funcionar en modo de "análisis", mediante el cual se pasa por alto el filtro y una de las sondas de humedad hace circular y monitorea el aceite. Esto proporciona una capacidad de seguimiento y secado.

Figura 7: datos de filtrado típicos. Tenga en cuenta: la escala del eje izquierdo (Aw) es de 0 a 0,250; La escala del eje derecho (temperatura del aceite de entrada) es de 0 a 45 ° C. Este ejemplo muestra el patrón característico de dientes de sierra a medida que el filtro se llena de humedad y se vuelve a secar. Tenga en cuenta la reducción constante de la humedad del aceite de entrada. El tiempo de filtrado en este ejemplo se ha establecido más largo de lo necesario (12 horas) ya que la humedad de salida supera la humedad de entrada.

Se requiere un esfuerzo sostenido

El monitoreo de humedad en línea puede proporcionar una valiosa herramienta de monitoreo de condición para transformadores que tienen problemas de humedad, y también para revelar transformadores que pueden tener problemas de humedad que quizás no sean detectados por el muestreo de aceite de rutina. Una observación común es que un solo evento de alta temperatura de sobrecarga puede aumentar rápidamente la humedad en los niveles de aceite a medida que la humedad es expulsada de la celulosa y, significativamente, el retorno de la humedad a niveles anteriores puede llevar un período de tiempo bastante largo. Sin embargo, la supervisión por sí sola no solucionará nada. Es la acción tomada como resultado de la monitorización la que puede proporcionar una mejora de la condición. El secado en línea generalmente mejora rápidamente la calidad del aceite, pero esta mejora puede no ser permanente. El seguimiento posterior es prudente y, a menudo, resultará en la realización de otro ciclo de secado. Un secado en línea eficaz requiere un esfuerzo sostenido que puede ser necesario durante muchos meses.

El artículo se publicó por primera vez en Vaisala News 175/2007 (Colin Feely Plant Maintenance Engineer Powercor Ltd Melbourne, Australia).

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