ES2302335T3 - Control de descargas internas parciales en un transformador electrico. - Google Patents
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Abstract
EN UN METODO PARA MONITORIZAR DESCARGAS PARCIALES EN UN TRANSFORMADOR ELECTRICO DE POTENCIA (1) BAJO CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO NORMALES, SE DETECTA EL CAMPO MAGNETICO EN UN AISLADOR DE ALTA TENSION (2) EN EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA CON UN SENSOR INDUCTIVO (6) QUE COMPRENDE AL MENOS UNA BOBINA (6A, 6B) DISPUESTA EN EL AISLADOR, Y EL CAMPO ELECTRICO EN EL AISLADOR SE DETECTA CON UN SENSOR CAPACITIVO (5). LAS SEÑALES DE SALIDA DE LOS SENSORES SON SUMINISTRADAS A UNA UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES (3) EN LA CUAL CADA UNA DE LAS SEÑALES DE SALIDA ES FILTRADA EN UN FILTRO DE PASO DE BANDA SEPARADO (101, 102), DESPUES DE LO CUAL LAS SEÑALES DE SALIDA FILTRADAS DE LOS SENSORES SON MULTIPLICADAS ENTRE SI. SE FORMA UNA SEÑAL DE SALIDA (PDI) DESDE LA UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES DEPENDIENDO DEL RESULTADO DE LA MULTIPLICACION PARA EL PROPOSITO DE DETECTAR DESCARGAS PARCIALES INTERNAS EN EL TRANSFORMADOR.
Description
Control de descargas internas parciales en un
transformador eléctrico.
La presente invención se refiere a un método
para controlar descargas parciales en un transformador de energía
eléctrica que funciona en condiciones operativas normales, y a un
dispositivo para realizar el método.
El dispositivo comprende un sistema de dos
detectores sensible a la dirección para detectar tanto el campo
eléctrico como el campo magnético generado por una descarga.
Los huecos u otros defectos en un material
aislante pueden dar lugar a campos eléctricos no homogéneos en el
material y en relación con esto la fuerza del campo puede hacerse
tan alta tal que ocurra una descarga local, o una descarga parcial,
en el material. Una descripción general de estos fenómenos se da,
por ejemplo, en E. Kuffel, W.S. Zaengl: High Voltage Engineering,
Pergamon Press, 1984.
Convencionalmente, las descargas parciales se
miden usando un desacoplamiento capacitivo del objeto a medir y una
unidad detectora, por ejemplo un puente o un convertidor digital
rápido y un ordenador. En IEC Publication 270: "Partial Discharge
Measurements", 1981, 2ª edición, se indican métodos normalizados
para dichas medidas y para el calibrado del equipo de medida.
La medida de descargas parciales usando
detectores inductivos basada en bobinas Rogowski se describe en
Proceedings of the 1987 International Symposium on High Voltage
Engineering, vol. 2, documento Nº 42.02, H. Borsi, M. Hartje:
"Application of Rogowski coils for Partial Discharge (PD),
decoupling and noise suppression".
La Patente de Estados Unidos 4.897.607 describe
un método para detectar y localizar fallos en instalaciones
eléctricas, especialmente generadores o bloques de una estación
generadora de energía, en el que las medidas de descarga parcial y
las medidas de alta frecuencia se realizan en una o más
localizaciones en la instalación eléctrica y posiblemente para
todas las fases, y los valores medidos se comparan entre sí o con
señales de calibrado, y se sacan conclusiones de los mismos
teniendo en cuenta la localización y el tipo de fallo. El método
propuesto necesita medir los valores de al menos tres puntos de
medida, simulando los fallos en un modelo informático y finalmente
comparando los valores medidos entre sí, incluyendo valores
acústicos, con el resultado de la simulación.
La aparición de descargas parciales en un
aparato de alta tensión a menudo es un indicio de que se está
produciendo un fallo.
Un transformador de energía normalmente es un
componente crítico en una red de energía. Un fallo extensivo en el
transformador puede provocar largas interrupciones y reparaciones
caras. Por lo tanto, es deseable descubrir estados que pueden
conducir a fallos tan pronto como sea posible. Un transformador de
energía a menudo está equipado con una conexión intermedia de
ensayo capacitivo en sus casquillos de alta tensión, que puede
utilizarse como desacoplador capacitivo. Por lo tanto, es posible
realizar una medida convencional de las descargas parciales también
en condiciones operativas normales.
Un problema que surge durante una medida en una
estación transformadora comparado con una medida en una cámara de
ensayo medioambiental son las alteraciones que se generan que rodean
al aparato y las conexiones. Para hacer frente a estas alteraciones
externas, se han propuesto y ensayado diferentes soluciones, por
ejemplo PRPDA y reconocimiento de patrones usando redes neurales;
véase, por ejemplo, las descripciones en IEE Proc.-Science
Measurement and Technology, vol. 142, Nº 1, enero de 1995, pág.
22-28, B.A. Fruth, D.W. Gross: "Partial discharge
signal generation transmission and acquisition", y en IEE
Proc.-Science Measurement and Technology, vol. 142, Nº 1, enero de
1995, pág. 69-74, H. Borsi, E.
Gock-enbach, D. Wenzel: "Separation of parcial
discharges from pulse-shaped noise signals with the
help of neural networks". Estos dos métodos se basan en el
aprendizaje de patrones de señales típicos. En un análisis de
acuerdo con el método PRPDA, se recogen datos durante un cierto
periodo de tiempo, tras lo cual el patrón para estos datos se
compara con los patrones para tipos de descargas conocidos. Se
enseña a las redes neurales para que reconozcan la forma de onda
para ciertos tipos de descargas específicos. Para estos dos
métodos, el desacoplamiento de las descargas parciales se realiza
de una manera convencional.
El objeto de la invención es proporcionar un
método mejorado de la clase descrita en la parte preliminar de la
descripción, que hace posible una separación de las descargas
parciales internas en el transformador de las alteraciones externas
y que puede usarse tanto en transformadores existentes como en
transformadores nuevos, y un dispositivo para realizar el
método.
Lo que caracteriza a un método y un dispositivo
de acuerdo con la invención quedará claro a partir de las
reivindicaciones adjuntas.
El dispositivo será barato, fiable, y fácil de
aplicar tanto en transformadores existentes como en transformadores
nuevos y puede usarse también junto con los sistemas de adquisición
más avanzados, tales como PRPDA, y mejorará el rendimiento de los
mismos.
La invención se explicará con más detalle
describiendo las realizaciones con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que
La Figura 1 muestra esquemáticamente parte de un
transformador de energía con un casquillo de alta tensión y un
dispositivo de acuerdo con una realización de la invención,
Las Figuras 2-4 muestran formas
de señal para señales de salida desde un dispositivo,
Las Figuras 5-8 muestran otras
formas de señal para señales de salida desde un dispositivo,
La Figura 9a muestra esquemáticamente parte de
un detector inductivo,
La Figura 9b muestra esquemáticamente una vista
lateral de un casquillo de alta tensión con una localización de los
detectores inductivos,
La Figura 9c muestra esquemáticamente una vista
final de un casquillo de alta tensión de acuerdo con la Figura 10b,
y
La Figura 10 muestra en forma de diagrama de
bloques una unidad de ajuste de señales.
La siguiente descripción se refiere tanto al
método como al dispositivo.
La Figura 1 muestra parte de un transformador de
energía eléctrica 1 con un casquillo de alta tensión 2. Una unidad
de ajuste de señales 3 se localiza en el transformador cerca del
casquillo de alta tensión y está conectada, mediante un conductor
4, a una conexión intermedia de ensayo capacitivo 5. Un detector
inductivo 6, que se describirá con mayor detalle más adelante y que
comprende dos bobinas 6a, 6b, está conectado también mediante los
conductores 7a, 7b a la unidad de ajuste de señales. El detector se
dispone en la parte inferior del casquillo de alta tensión
inmediatamente por encima de un reborde 8, a través del cual el
casquillo pasa hacia el transformador.
El detector inductivo se basa en el principio de
una bobina de Rogowski, aunque se ha modificado para obtener
suficiente sensibilidad y para facilitar su instalación y
fabricación. El detector inductivo comprende por tanto (Figuras 9a,
9b, 9c) dos bobinas relativamente cortas 6a, 6b, que están
conectadas en serie mutuamente mediante un conductor 7c. Cada una
de las bobinas, de las cuales en la Figura 9a se muestra una, se
enrolla en un núcleo magnético 61a, 61b y las dos bobinas se
conectan después en serie entre sí. La Figura 9a muestra un diseño
de las bobinas y las Figuras 9b y 9c muestran una localización
preferida de las mismas. Para suprimir las alteraciones, las dos
bobinas se montan en el casquillo de alta tensión opuestas entre sí
y se unen al mismo, por ejemplo, pegándolas.
Como detector capacitivo, se usa la conexión
intermedia de ensayo capacitivo del casquillo de alta tensión.
A la unidad de ajuste de señales (Figura 10) se
le suministran señales respectivamente del detector inductivo 6 y
de la conexión intermedia de ensayo capacitivo 5. La unidad de
ajuste de señales comprende dos circuitos de ajuste 91, 92 para
ajustar las señales respectivas al nivel de las otras y para
amplificar a un nivel de señal adecuado. El ajuste se realiza
mediante elementos de circuito pasivos con impedancias resistiva,
inductiva, y capacitiva. Cada una de las señales de salida de los
circuitos de ajuste respectivos se suministra entonces a un filtro
de paso de banda 101, 102 diferente, ajustándose dichos filtros de
paso de banda a la frecuencia de resonancia de las bobinas. La
frecuencia de resonancia de las bobinas se ha elegido para obtener
la mejor proporción señal/ruido.
Cada una de las señales de salida del filtro de
paso de banda respectivo se suministra a un medio de amplificación
111, 112, y las señales de salida desde el mismo se suministran a un
medio multiplicador 12, en el que las dos señales se multiplican
entre sí. La señal de salida del multiplicador es ahora positiva o
negativa, dependiendo del origen de la descarga.
El principio de medida se basa en determinar la
polaridad de una descarga parcial con ayuda de la señal de salida
de la conexión intermedia de ensayo capacitivo mientras que la
dirección del pulso de corriente asociado con la descarga se
determina con la ayuda de la señal de salida del detector inductivo.
De esta manera, detectando el campo eléctrico y magnético generado
por la descarga parcial, puede determinarse la dirección del flujo
de energía de la descarga, y la señal de salida del medio
multiplicador es positiva o negativa dependiendo de dónde se genere
la descarga. Las descargas fuera del transformador corresponderán a
señales positivas, o viceversa, dependiendo de cómo se enrollen las
bobinas en el detector inductivo. La línea límite para esta
inversión de polaridad es la localización en la que se aplican las
bobinas, normalmente en la base del casquillo.
Las señales de salida del medio multiplicador se
suministran a un detector del valor del pico 13, que solo remite
señales positivas. La señal de salida del detector del valor del
pico se suministra entonces a un circuito envolvente 14, que
prolonga el tiempo de extinción para su señal de entrada. La
amplitud de la señal de salida del circuito envolvente está
relacionada con el nivel de la descarga interna, de manera que un
aumento en el nivel de descarga interna da como resultado un
aumento del valor de la señal de salida del circuito envolvente.
Esta señal de salida se suministra a un sistema de adquisición de
datos 16, dispuesto fuera de la unidad de ajuste de señales,
mediante un circuito de conversión 15 que convierte la señal de
salida del circuito envolvente en una corriente continua PDI
correspondiente. La corriente continua PDI de la unidad de ajuste de
señales al sistema de adquisición de datos corresponderá por lo
tanto a la cantidad de descarga interna. La corriente continua se
compara en la unidad de adquisición de datos con un nivel de alarma
preseleccionado, programado en la unidad de adquisición de datos, y
se considera que una alarma es una indicación de un estado anormal
en el transformador de energía y que debe realizarse una
investigación más cuidadosa. Pueden realizarse investigaciones
adicionales, por ejemplo, con algunas de las herramientas de
diagnóstico que están disponibles; véase, por ejemplo, Proceedings
of the 1995 Stockholm Power Tech Conference. C. Bengtsson: "Status
and trends in Transformer Monitoring", para una visión de
conjunto.
El sistema detector descrito puede mejorar
también, por ejemplo, las medidas de diagnóstico PRPDA.
El sistema de dos detectores sensible a la
dirección descrito para detectar descargas parciales ha mostrado,
durante los ensayos en laboratorio, una buena capacidad para
distinguir las descargas internas de las externas. Esto se ha
verificado también durante una medida de campo realizada en un
transformador de 100 MVA.
Las Figuras 2-4 y
5-8 muestran formas de señal típicas para señales de
salida de la unidad de ajuste de señales con el tiempo t
representado en el eje horizontal y la amplitud PDI de la señal de
salida en el eje vertical.
Las Figuras 2-3 muestran formas
de señal observadas en el entorno de un espacio de ensayo con los
detectores aplicados a un casquillo de alta tensión diferente
provistos con una conexión intermedia de ensayo capacitivo. Las
descargas se simularon suministrando pulsos de calibrado tanto
positivos como negativos de acuerdo con la Publicación EC 270 a
ambos lados del casquillo. La Figura 2 muestra la señal de salida en
el caso de un pulso calibrado aplicado externamente, y la Figura 3
muestra la señal de salida en el caso de un pulso calibrado
aplicado internamente. Como quedará claro a partir de las figuras,
el sistema puede distinguir claramente las descargas internas de
las externas, puesto que las descargas externas dan como resultado
una señal de salida negativa y una descarga interna da como
resultado una señal de salida positiva.
La convención de signos se aplica también a las
Figuras 4 y 5-8.
La Figura 4 muestra formas de señal observadas
con los detectores aplicados a un transformador de laboratorio. Las
alteraciones externas se simulan mediante un hueco de punto plano
conectado a un nivel de alta tensión y la figura muestra una
alteración externa (corona) para medio periodo (eje horizontal
inferior) y con una resolución mayor con respecto al tiempo (eje
horizontal superior).
Las Figuras 5-8 muestran formas
de señal observadas en el campo con los detectores aplicados a
130/50 kV a un transformador de 100 MVA provisto con conexiones
intermedias de ensayo capacitivo en los casquillos de alta tensión.
El transformador no había mostrado anteriormente ninguna indicación
de descargas parciales.
La Figura 5 muestra formas de señal observadas
con los detectores aplicados a la fase 1 y fase 2 y con un pulso de
calibrado externo aplicado a la fase 2. Como queda claro a partir de
la figura, se observa una señal de salida con una polaridad
negativa (eje horizontal inferior). Debido al acoplamiento
capacitivo entre las fases, el pulso de calibrado da como resultado
una señal de salida también en fase 1 (eje horizontal superior).
Las Figuras 6-8 muestran formas
de señal observadas con el transformador conectado a una línea de
130 kV y con el lado de 50 kV abierto.
La Figura 6 muestra, con una alta resolución con
respecto al tiempo, formas típicas de señal observadas en la fase 2
con numerosas descargas.
La Figura 7 muestra formas típicas de señal
observadas durante un periodo completo, en fase 2 (eje horizontal
superior) y fase 1 (eje horizontal inferior).
Para ambas fases, el perfil de descarga es
bastante similar y solo se detectan señales negativas. Esto indica
que no ocurren descargas internas y puede suponerse que las señales
de salida observadas están provocadas por alteraciones externas
(principalmente corona) de las conexiones y el interruptor
conectado.
Se realizó una medida acústica de descargas
parciales PD en paralelo a la medida eléctrica. No se observaron
señales acústicas que indicaran defectos internos.
La Figura 8 muestra formas típicas de señal
observadas durante el funcionamiento del conmutador de la conexión
intermedia del transformador. Las partes positivas de la señal de
salida indican corrientes transitorias internas. Las señales
provocadas por el funcionamiento del conmutador de la conexión
intermedia son mayores, en varios órdenes de magnitud, que las
señales de descargas parciales que el dispositivo tiene que
detectar. Por esta razón, los amplificadores se saturan y ocurre un
desplazamiento de fase asociado. Esta es la razón que explica los
valores negativos de la señal de salida en Figura 8.
Las Figuras 5-8 muestran que el
sistema es capaz de distinguir entre descargas internas y externas
también en condiciones de campo.
No es necesario diseñar el detector inductivo en
forma de dos bobinas conectadas en serie si no que puede diseñarse
como una sola bobina. Como detector capacitivo, pueden usarse
preferiblemente las conexiones intermedias de ensayo capacitivo de
los casquillos de alta tensión del transformador, aunque pueden
usarse otros detectores para detectar el campo eléctrico asociado
con la descarga parcial.
Los resultados del ensayo junto con la
simplicidad, bajo coste y sencillez de instalación del sistema
detector muestran que la invención es adecuada para un control
conectado directamente de transformadores de energía nuevos y
existentes.
Claims (7)
1. Un método para controlar descargas parciales
en un transformador de energía eléctrica (1) que funciona en
condiciones operativas normales, que comprende las etapas de:
detectar un campo magnético en un casquillo de
alta tensión (2) en el transformador de energía con un detector
inductivo (6) que comprende al menos una bobina (6a, 6b) dispuesta
en el casquillo de alta tensión;
detectar un campo eléctrico en el casquillo de
alta tensión con un detector capacitivo (5);
suministrar señales de salida del detector
inductivo y el detector capacitivo a una unidad de ajuste de señales
(3) en la que cada señal de salida se filtra en un filtro de paso
de banda (101, 102) diferente;
multiplicar las señales filtradas de salida
entre sí;
formando con la unidad de ajuste de señales una
señal de salida PDI correspondiente a la descarga interna parcial
en el transformador que depende del resultado de la multiplicación
para detectar descargas internas parciales en el transformador.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el detector capacitivo incluye una conexión intermedia de
ensayo capacitivo (5) en el casquillo de alta tensión.
3. Un dispositivo para controlar descargas
parciales en un transformador de energía eléctrica (1) que funciona
en condiciones operativas normales, que comprende:
un detector inductivo (6) que incluye al menos
una bobina (6a, 6b) dispuesta en un casquillo de alta tensión (2)
en el transformador de energía;
un detector capacitivo (5) dispuesto en el
casquillo de alta tensión; y caracterizado porque comprende
también: una unidad de ajuste de señales (3) para recibir señales
de salida del detector inductivo y el detector capacitivo y para
formar una señal PDI de salida correspondiente a la cantidad de
descarga interna parcial en el transformador, incluyendo la unidad
de ajuste de señales filtros de paso de banda (101, 102) para
filtrar las señales de salida del detector inductivo y del detector
capacitivo, incluyendo también la unidad de ajuste de señales un
multiplicador (12) para multiplicar las señales del filtro de paso
de banda respectivo entre sí y producir la señal de salida PDI
dependiendo del resultado de la multiplicación.
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que el detector inductivo comprende dos
bobinas conectadas mutuamente en serie (6a, 6b) dispuestas opuestas
entre sí en el casquillo de alta tensión.
5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 3-4, en el que el detector
capacitivo incluye una conexión intermedia de ensayo capacitivo (5)
en el casquillo de alta tensión.
6. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 3-5, en el que la unidad de
ajuste de señales incluye un detector del valor del pico (13) para
recibir una señal del multiplicador y transmitir señales solo con
una polaridad preseleccionada.
7. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 3-6, en el que la unidad de
ajuste de señales incluye un circuito de conversión (15) para
convertir una señal del multiplicador en una corriente continua
correspondiente a la señal.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| SE9501664 | 1995-05-02 | ||
| SE9501664A SE515387C2 (sv) | 1995-05-02 | 1995-05-02 | Övervakning av interna partiella urladdningar i en krafttransformator |
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|---|---|---|---|
| ES96913760T Expired - Lifetime ES2302335T3 (es) | 1995-05-02 | 1996-04-29 | Control de descargas internas parciales en un transformador electrico. |
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