Soluciones de sistemas de monitorización del estado de los transformadores

• Definiciones básicasEl sistema de monitorización del estado de los transformadores (TCMS) es una plataforma inteligente y altamente integrada para la recopilación y el análisis continuos de datos en línea y en tiempo real sobre el estado químico, eléctrico, térmico y mecánico de los transformadores en funcionamiento mediante el despliegue de una red de sensores multidimensional, con el objetivo de lograr una alerta temprana de posibles fallos y una evaluación cuantitativa del estado de los equipos.
• Objetivo del controlEl objetivo fundamental es promover la transformación del modelo de operación y mantenimiento de transformadores, pasando de un mantenimiento preventivo (TBM) basado en ciclos fijos a un mantenimiento basado en la condición (CBM) y un mantenimiento predictivo (PdM) basados en el estado real de salud de los equipos, con el fin de salvaguardar la seguridad de los equipos, mejorar la fiabilidad del suministro eléctrico y optimizar los costes de todo el ciclo de vida.
• Principales elementos de controlEl sistema proporciona una cobertura completa de todos los parámetros críticos de caracterización de averías, incluidos los gases disueltos en el aceite, las microaguas, las descargas parciales, las pérdidas dieléctricas de la carcasa, las corrientes de tierra del núcleo, las temperaturas de los puntos calientes de los devanados, el ruido de vibración y las características de funcionamiento del cambiador de tomas en carga (OLTC).
• tecnología centralTecnología: uso de tecnologías punteras como la espectroscopia fotoacústica, la termometría de fibra óptica fluorescente, los sensores de frecuencia ultraalta (UHF), los algoritmos de diagnóstico de fusión multiinformación y los modelos de índice de salud (HI).
• configuración del sistemaUn sistema completo consta de una capa frontal de detección del estado (varios tipos de sensores), una capa de transmisión de red, una capa de servicio de plataforma (big data y algoritmos de diagnóstico) y una capa de visualización de aplicaciones (software de visualización).

Catálogo de este artículo

• 1. ¿Por qué monitorizar el estado de los transformadores?
• 2. Subsistemas y parámetros clave de vigilancia
• 3. Arquitectura del sistema y diagnóstico inteligente
• 4. Principales ventajas y valor del sistema
• 5. Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Por qué monitorizar el estado de los transformadores?

Los transformadores de potencia son uno de los activos básicos más valiosos y críticos de la red eléctrica, y su estado determina directamente la seguridad y estabilidad del sistema eléctrico. El modelo tradicional de operación y mantenimiento se basa principalmente en pruebas preventivas fuera de línea, pero este modelo tiene importantes limitaciones:

• Existencia de puntos ciegos de vigilanciaEl problema principal es que los ciclos de prueba fuera de línea son largos (normalmente uno o varios años), lo que no permite detectar fallos latentes que se desarrollan rápidamente entre una prueba y otra.
• No refleja las verdaderas condiciones de trabajoEnsayos fuera de línea: Los ensayos fuera de línea se realizan en condiciones de fallo de alimentación, temperaturas no operativas y sin carga, y los resultados no son totalmente equivalentes al estado del transformador en condiciones reales de funcionamiento.
• Costes y riesgos elevados:: Las pruebas fuera de línea requieren interrupciones del equipo, con la consiguiente pérdida de suministro eléctrico, y el propio proceso de prueba puede suponer cierto riesgo de estrés para el equipo.

Sistema de supervisión del estado de los transformadores medianteSupervisión en línea en cualquier condición meteorológicaEl sistema es un remedio perfecto para estas deficiencias. Puede captar continuamente el comportamiento dinámico de los transformadores bajo cargas y entornos reales, e identificar señales anómalas en la fase incipiente de las averías, realizando así el cambio fundamental de “reparación después de la avería” a “alerta temprana antes de la avería”.

2. Subsistemas y parámetros clave de vigilancia

Un completo sistema de monitorización del estado detecta los distintos estados del transformador mediante subsistemas modulares.

2.1 Control del estado químico

Control en línea del gas disuelto en el petróleo (DGA)

Es el medio más central para diagnosticar fallos de sobrecalentamiento y descarga en el transformador. El sistema funciona medianteEspectroscopia fotoacústica (PAS) tal vezInfrarrojo no dispersivo (NDIR) Tecnologías avanzadas como la supervisión en tiempo real de la concentración de 9 gases característicos de fallos críticos, como H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, CO, CO₂ y sus tasas de crecimiento.

Control en línea del microagua

Control en tiempo real del contenido de trazas de humedad (ppm) en el aceite aislante. La humedad es un factor clave para acelerar el envejecimiento del papel aislante y reducir la tensión de ruptura del aceite aislante.

2.2 Control del estado eléctrico

Control de descargas parciales (PD)

aprobar (una factura o inspección, etc.)Transformadores de corriente de alta frecuencia (HFCT) tal vezSensores de frecuencia ultraalta (UHF)La supervisión en línea de las señales de descarga locales en devanados, pasatapas e interiores de transformadores es el medio más directo de detectar defectos de aislamiento en ciernes.

Supervisión en línea de la carcasa

Mediante el control de la carcasa de alta tensiónFactor de pérdida dieléctrica (tanδ)Puede evaluar el estado del aislamiento de la carcasa en tiempo real, y prevenir eficazmente accidentes viciosos como el flameo o la explosión de la carcasa.

Control en línea de la corriente de tierra del núcleo

Control continuoCorriente de tierra del núcleoAdvierte eficazmente contra el sobrecalentamiento del núcleo o los fallos de descarga causados por la puesta a tierra multipunto del núcleo, el mal aislamiento de los tornillos de rosca, etc.

2.3 Control del estado térmico

Control en línea de la temperatura del punto caliente del devanado

adopciónMedición de la temperatura mediante fibra óptica fluorescenteTecnología que implanta una sonda de fibra óptica directamente en el interior del bobinado, lo que permite medir de forma directa y precisa los verdaderos puntos calientes del bobinado, el parámetro más crítico para evaluar el envejecimiento del aislamiento y optimizar la capacidad de carga.

Control termográfico por infrarrojos

La supervisión sin contacto del campo de temperatura de componentes externos como juntas de manguitos, carcasas de cambiadores de tomas bajo carga, disipadores de calor, etc. mediante una cámara de infrarrojos en línea detecta visualmente defectos de sobrecalentamiento en puntos de conexión externos.

2.4 Control del estado mecánico

Control en línea del cambiador de tomas en carga (OLTC)

Mediante la monitorización de la forma de onda de corriente del motor de accionamiento, las señales de vibración de la acción de conmutación y los gases característicos del aceite, se lleva a cabo una evaluación completa del proceso de conmutación, el estado de los contactos y el mecanismo de accionamiento del OLTC.

Control en línea de las vibraciones y el ruido

Supervisión en línea de las características de ruido de vibración del transformador mediante sensores acústicos y de vibración para el diagnóstico de defectos estructurales mecánicos, como núcleos sueltos y devanados deformados.

3. Arquitectura del sistema y diagnóstico inteligente

3.1 Arquitectura de hardware del sistema

El sistema suele diseñarse en capas, que incluyen: montado en el cuerpo del transformadorcapa del sensor; responsable de la adquisición de datos y la computación de bordeCapa de la unidad de adquisición in situ (DAU)y desplegado en la sala de control principal o en la nubeBackend Diagnostics Capa maestra.

3.2 Núcleo de software de diagnóstico inteligente

El software es el alma del sistema, y su función principal no es sólo la visualización de datos, sino también el diagnóstico inteligente:

• Diagnóstico por fusión de información múltiple:: Se trata de la tecnología central de los sistemas de supervisión modernos. El sistema incorpora una base de conocimiento experto y un modelo de diagnóstico que permite correlacionar y analizar los datos de monitorización de distintos subsistemas. Por ejemplo, la fusión de los datos de DGA con los de DP permite juzgar con mayor precisión la energía y el tipo de descarga; y la fusión de las temperaturas de los puntos calientes de los devanados con las corrientes de carga permite establecer un modelo térmico preciso.
• Evaluación del Índice de Salud (IH)El sistema se basa en un algoritmo ponderado que combina todos los resultados de la monitorización y el diagnóstico en una puntuación cuantitativa e intuitiva del índice de salud del equipo (por ejemplo, 0-100). El valor HI proporciona la base más directa para que los gestores de activos tomen decisiones de clasificación del estado, evaluación de riesgos y mantenimiento.
• Predicción de fallos y análisis de tendenciasEl sistema se basa en algoritmos de aprendizaje automático y es capaz de aprender el modo de funcionamiento normal del transformador y predecir la tendencia futura de los parámetros clave, dando así el salto del “diagnóstico” a la “predicción”.

4. Principales ventajas y valor del sistema

1. Mejorar la fiabilidad y seguridad operativasEl sistema de alerta precoz de averías permite detectar y tratar con antelación los defectos latentes, lo que reduce radicalmente la probabilidad de avería repentina del transformador y evita accidentes catastróficos.
2. Optimizar los costes y la eficiencia de las operaciones de mantenimientoLograr la transformación de la “reparación planificada” a la “reparación en condiciones”, evitando pruebas de parada y revisiones de desmontaje innecesarias, colocando los recursos de mantenimiento precisamente en los equipos más necesarios y reduciendo significativamente el coste total de explotación y mantenimiento.
3. Prolongación de la vida útil de los activosGarantizar que los transformadores funcionen en condiciones óptimas mediante una gestión operativa refinada (por ejemplo, un control preciso de la carga basado en las temperaturas de los puntos calientes), ralentizando eficazmente el proceso de envejecimiento del aislamiento y maximizando su vida útil.
4. Gestión de activos basada en datosGestión de activos: Establecer un archivo de salud digital completo para cada transformador, de modo que la evaluación del estado, la clasificación de riesgos y las decisiones de revisión y sustitución estén respaldadas por datos objetivos y cuantitativos, y se refuerce la naturaleza científica de la gestión de activos.

5. Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Pueden los sistemas de Condition Monitoring sustituir a las pruebas preventivas tradicionales?

No es un sustituto completo, pero sí un gran optimizador. La supervisión en línea proporciona datos dinámicos continuos para determinar “cuándo” es necesaria una prueba y dónde debe “centrarse”. Puede ampliar considerablemente la duración del ciclo de las pruebas fuera de línea y hacerlas más específicas, por lo que ambas son complementarias.

2. ¿Se puede adaptar este sistema a transformadores antiguos ya en funcionamiento?

Lata. Muchos de los sensores y unidades de adquisición de los modernos sistemas de supervisión tienen un diseño no invasivo o mínimamente invasivo, que puede adaptarse fácilmente a los transformadores en funcionamiento para mejorar su inteligencia.

3. ¿Cómo determina el sistema que un valor controlado es “anormal”?

El sistema emite juicios de valor de tres maneras: 1) comparando con umbrales fijos especificados por normas internacionales o nacionales; 2) comparando con la línea de base de datos históricos del propio dispositivo para juzgar la tendencia y la tasa de cambio; y 3) utilizando un modelo de correlación multiparámetro para juzgar si el valor es razonable en las condiciones de funcionamiento actuales.

4. ¿Cuál de los muchos parámetros de control es el más importante?

El análisis de gases disueltos (AGD) en el aceite se considera el más importante porque refleja la mayor variedad de fallos (sobrecalentamiento y descarga). El siguiente más importante es la temperatura del punto caliente del devanado, que refleja directamente el ritmo de envejecimiento del aislamiento.

5. ¿Qué es el Índice de Salud (IH)? ¿Para qué sirve?

El Índice de Salud es un complejo algoritmo que combina todos los datos de monitorización en una única puntuación para cuantificar la salud general de un transformador. Ayuda a los gestores a clasificar rápidamente el estado de un gran número de dispositivos y dar prioridad a los que presentan un peor estado de salud.

6. ¿Es complejo el mantenimiento del sistema?

Sin complicaciones. Los modernos sistemas de supervisión en línea están diseñados con una alta fiabilidad industrial, sin piezas móviles ni consumibles (DGA espectral) en los componentes principales, y básicamente no requieren mantenimiento diario. El principal trabajo de mantenimiento consiste en actualizaciones remotas del software e inspecciones periódicas.

7. ¿Cómo se integra el sistema con nuestros sistemas SCADA o DCS existentes?

El sistema proporciona interfaces de comunicación estándar (por ejemplo, Modbus, DNP3, IEC 61850), que facilitan la conexión de datos clave y mensajes de alarma como puntos de datos a la plataforma de supervisión existente del usuario.

8. ¿Cómo se garantiza la seguridad de los datos del sistema?

El sistema adopta protocolos de seguridad de red de nivel industrial y admite la transmisión cifrada de datos. Para la implantación localizada, los datos se almacenan íntegramente en el servidor del usuario; para la implantación en plataformas en la nube, se utilizan múltiples medidas de seguridad de red para garantizar la seguridad de los datos.

9. ¿Cuál es el plazo aproximado de amortización de la implantación del sistema?

El periodo de amortización depende de la importancia y la clase de tensión del transformador. En el caso de grandes transformadores críticos, las pérdidas económicas recuperadas al evitar con éxito una interrupción imprevista pueden amortizar la inversión en el sistema de una sola vez.

10. ¿Por qué es necesario un sistema de vigilancia “integrado” en lugar de unos cuantos dispositivos independientes?

Dado que el mecanismo de fallo del transformador es complejo, a menudo existe un único parámetro en la ambigüedad del diagnóstico. Sólo a través de una plataforma integral de análisis de fusión de información múltiple, podemos lograr el diagnóstico de fallos y la evaluación del estado más precisos, para evitar “islas de información” y juicios erróneos.

¿Por qué elegir la solución de monitorización del estado de los transformadores de Inotera?

INNOTD (Fuzhou) Sales Co. Dedicada a ofrecer soluciones integrales de inteligencia de transformadores para la industria energética.

• Amplia cobertura de capas perceptivas: Ofrecemos una gama de servicios que incluyeEspectro de aceite DGAyAmplificador local UHFyMedición de la temperatura mediante fibra óptica fluorescenteyAbsorbedor de humedad inteligente sin mantenimientoUna gama completa de sensores de alto rendimiento, entre los que se incluyen los siguientes, garantiza la detección del estado del transformador sin puntos muertos.
• Plataforma avanzada de diagnóstico inteligenteLa plataforma de nuestro sistema no sólo integra todos los algoritmos de diagnóstico estándar, sino que también cuenta con la tecnología de desarrollo propioMotor de diagnóstico por fusión de información múltipleresponder cantandoModelo de evaluación del Índice de Salud (IH)que pueden proporcionar información más allá de un único dispositivo.
• Excelente capacidad de integración de sistemasSistema de gestión de activos: Proporcionamos una plataforma unificada y abierta, no un mosaico de sistemas separados. El sistema es compatible con una amplia gama de protocolos de comunicación estándar y puede integrarse fácilmente con su sistema SCADA o de gestión de activos existente.
• Amplia experiencia como experto del sectorNuestro equipo no es sólo un proveedor de equipos, sino también su asesor de diagnóstico. Prestamos servicios que van desde el diseño, la instalación y la implantación de soluciones hasta el análisis continuo de datos y los informes de diagnóstico para garantizar que pueda maximizar el valor de su sistema.

Elegir Inotera es elegir un ecosistema completo, inteligente y fiable para la detección y el diagnóstico del estado de los transformadores.

El contenido de este artículo es sólo una ciencia técnica general y no representa el rendimiento y las especificaciones de ningún producto específico de nuestra empresa. Para obtener información detallada sobre productos, soluciones y presupuestos, no dude en ponerse en contacto con nosotros para...].

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