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Smart Solutions for Smart Grids

Resumen

Desde el año 2000, Celeo Redes actúa en el mercado de transmisión de energía eléctrica y hoy posee 12 concesionarias – una en construcción –, distribuidas por 11 estados y totalizando más de 3.900 kilómetros de líneas de transmisión en 500 kV y 230 kV y 12 subestaciones con capacidad instalada de transformación de 4.875 MVA.

Buscando constantemente la excelencia en las prácticas de mantenimiento y aumento de la confiabilidad, simultáneamente a la reducción de las indisponibilidades en el sistema de transmisión y reducción de los costos de mantenimiento, Celeo busca aplicar en su ingeniería de mantenimiento las herramientas y tecnologías más modernas y efectivas disponibles. Siguiendo este lema, en 2011 fue iniciada la implantación del monitoreo en línea de los autotransformadores y reactores de las concesiones del grupo, que actualmente abarca prácticamente todos los activos de estas familias, en un total de 38 equipos, además de algunos equipos de menor porte, pero de gran importancia para las funciones de transmisión, como transformadores de conexión a tierra.

El artículo presentará la solución de sistema corporativo adoptada para alcanzar dicho objetivo, utilizando la estructura de Tecnología de Información de la empresa para garantizar el correcto mantenimiento del sistema y así asegurar su continuidad, con excelentes resultados, de manera similar al que ya es efectuado como de costumbre para otros sistemas corporativos como el ERP y el SAGE.

Será presentada también la selección de subsistemas a monitorear y, consecuentemente, los sensores adoptados, la arquitectura de red de comunicación que permitió la integración de subestaciones localizadas en cinco estados de cuatro regiones del país.

Por fin, el artículo contará como el sistema de monitoreo corporativo fue integrado a las rutinas de la ingeniería de mantenimiento de Celeo, contribuyendo para que fueran alcanzados importantes resultados para la reducción del riesgo de fallas de equipos, reducción de desconexiones para mantenimientos, reducción de costos de mantenimiento y, consecuentemente, mejora de los resultados operacionales. Para ello, serán presentados casos reales de detección de condiciones de riesgo para los reactores, que operan en regiones de elevadas temperaturas ambientes, y las medidas de mitigación en curso.

Por lo tanto, el artículo demostrará la utilidad de las informaciones habilitadas por el sistema de monitoreo y la viabilidad de usarlas para influenciar positivamente las rutinas de mantenimiento en concesionarias de transmisión.

Autores

Celeo Redes Augustinho J. M. Simões
Radice Tecnologia Marcos E. G. Alves
Treetech Sistemas Digitais Ltda. Marcio da Costa
Celeo Redes Maria Rita V. C. Alves
Celeo Redes José B. F. Neto

1.0 - INTRODUCCIÓN

Desde el año 2000, Celeo Redes actúa en el mercado de transmisión de energía eléctrica y hoy posee 12 concesionarias – una en construcción –, distribuidas por 11 estados y totalizando más de 3.900 kilómetros de líneas de transmisión en 500 kV y 230 kV y 12 subestaciones con capacidad instalada de transformación de 4.875 MVA.

 

Buscando constantemente la excelencia en las prácticas de mantenimiento y aumento de la confiabilidad, simultáneamente a la reducción de las indisponibilidades en el sistema de transmisión y reducción de los costos de mantenimiento, Celeo busca aplicar en su ingeniería de mantenimiento las herramientas y tecnologías más modernas y efectivas disponibles. Siguiendo este lema, en 2011 fue iniciada la implantación del monitoreo en línea de los autotransformadores y reactores de las concesiones del grupo, que actualmente abarca prácticamente todos los activos de estas familias, en un total de 38 equipos, además de algunos equipos de menor porte, pero de gran importancia para las funciones de transmisión, como transformadores de conexión a tierra.

Los objetivos que se busca alcanzar en ese proceso son:

  • Migración del mantenimiento preventivo para el predictivo
  • Aumento de confiabilidad y reducción de riesgos de fallas
  • Reducción de paradas para mantenimiento y de Parcelas Variables
  • Gestión de mantenimiento adherente a la filosofía de mantenimiento predictivo
  • Sistema de gestión adherente a las normas del sector (ANEEL/ONS)
  • Sistema de gestión de mantenimiento adherente a las prácticas del sector eléctrico
  • Arquitectura modular y expansible
  • Plataforma preparada para crecimiento gradual de funciones (Apps)

Dichos objetivos se muestran adherentes a las evoluciones de las técnicas de mantenimiento y expectativas correspondientes señaladas por Moubray1, como ilustran las Figuras 1 y 2.

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FIGURA 1 – Evolución de las técnicas de mantenimiento1

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FIGURA 2 – Crecimiento de las expectativas de mantenimiento1

2.0 - IMPLANTACIÓN DE LA SOLUCIÓN

La implantación del monitoreo en línea y la modernización de los procesos de mantenimiento en Celeo fueron efectuadas en una secuencia jerárquica de etapas, siguiendo la arquitectura ilustrada en la Figura 3. La pirámide mostrada en esta figura permite intuir que el proceso de implantación buscó construir una arquitectura sólida, en la cual la correcta implantación de una etapa lanza las bases que permiten avanzar a la próxima fase de forma consistente, garantizando, así, la obtención de los resultados finales deseados.

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FIGURA 3 – Arquitectura de implantación del monitoreo en línea en Celeo Redes

Las etapas cumplidas para la implantación del monitoreo en línea en Celeo Redes son detalladas en los tópicos a continuación.

2.1- Etapa 1 - Detección de los Activos

La detección de los activos es considerada una etapa fundamental para la construcción de un sistema de monitoreo en línea funcional y confiable. Por ese motivo, esta fue la primera etapa realizada en el proceso de implantación de este sistema en Celeo.

La Figura 4 ilustra los principales módulos de detección disponibles para transformadores de potencia, autotransformadores y reactores, que fueron los equipos elegidos para la implantación inicial del sistema, por ser los de mayor valor en las subestaciones de Celeo.

A figura 4 ilustra os principais módulos de sensoriamento disponíveis para transformadores de potência, autotransformadores e reatores, que foram os equipamentos escolhidos para a implantação inicial do sistema, por serem os de maior valor nas subestações da Celeo.

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FIGURA 4 – Detección de autotransformadores de potencia y reactores, conforme aplicable

La arquitectura descentralizada y modular2 adoptada por Celeo para la detección de los activos permitió que, en un primer momento, fueran seleccionados los sensores considerados prioritarios para la empresa, permitiendo así que todos los activos de estas familias fueran monitoreados, totalizando 38 equipos, además de algunos equipos de menor porte, pero de gran importancia para las funciones de transmisión, como transformadores de conexión a tierra.

La Tabla 1 lista los Sensores Inteligentes seleccionados para instalación en esta etapa de la implantación, además de las variables medidas y calculadas por cada uno de estos módulos.

Conforme mencionado, la arquitectura descentralizada y modular utilizada permitirá que, en futuras etapas de expansión del sistema, la base de sensores instalados en los autotransformadores y reactores sea ampliada con otros tipos de sensores, como los mostrados en la Figura 4.

Dicha arquitectura permitirá también que la cobertura del sistema de monitoreo en línea sea ampliada para otros activos de las subestaciones, como disyuntores, llaves seccionadoras y otros.

Sensores Inteligentes instalados en la primera etapa de implantación del monitoreo en línea

Sensor InteligenteVariables obtenidas y procesadas
Monitor de TemperaturasTemperatura del tope del aceite
Temperaturas de los devanados (punto más caliente)
Temperatura ambiente
Corrientes de carga
Porcentuales de carga
Gradientes finales de temperatura entre devanado y aceite
Temperaturas máximas alcanzadas
Estado de los grupos de refrigeración forzada
Estado de alarmas y trips por temperaturas de aceite y devanados
Monitor de BushingsCapacitancia del aislamiento
Tangente delta (FP) del aislamiento
Tendencia de evolución de la Capacitancia
Tendencia de evolución de la Tangente Delta
Tiempos previstos para alcanzar valores críticos de Capacitancia
Tiempos previstos para alcanzar valores críticos de Tangente Delta
Corrientes de fuga de los bushings

2.2 - Etapa 2 - Conectividad de Sensores

En la etapa de detección de los activos fue adoptada una arquitectura modular descentralizada, utilizando Sensores Inteligentes del tipo IED (Intelligent Electronic Device) dotados de conectividad nativa, es decir, con puertos de comunicación y protocolos de comunicación abiertos.

 

Esta arquitectura posibilitó que los sensores fueran fácilmente integrados a una red de comunicación local, que lleva las variables obtenidas y procesadas a la red intranet corporativa de la empresa, ya disponible en la sala de control de todas las subestaciones.

 

Con ello, los datos de los sensores inteligentes fueron habilitados para la próxima etapa de implantación del sistema de monitoreo en línea, descrita a continuación.

 

Es importante resaltar que la arquitectura utilizada permite la expansión de la detección de los activos de forma sencilla, visto que nuevos sensores inteligentes que vengan a ser instalados puedan ser fácilmente conectados a la red de comunicación ya existente.

2.3 - Etapa 3 - Software de Monitoreo en Línea

Una vez que los Sensores Inteligentes instalados en los autotransformadores y reactores están conectados a la red intranet corporativa, un único software de monitoreo en línea fue implantado en Celeo Redes para el diagnóstico y pronóstico de estado de todos sus activos, constituyendo así un sistema corporativo, como ilustrado en la Figura 5.

Haber escogido la filosofía de adopción de un único sistema de monitoreo corporativo proporcionó diversos beneficios, entre los cuales los principales son:

  • Definición clara de responsabilidad por el mantenimiento del software de monitoreo por el sector de TI de la empresa, que garantiza la integridad de los datos y la disponibilidad del ambiente computacional y del
  • Evitar la instalación de un gran número de computadoras en las diversas
  • Reducción de costos de implantación y de
  • Impedir la proliferación de múltiples versiones y modelos de softwares de monitoreo en línea.
  • Facilidad de entrenamiento de usuarios y administradores del
  • Consolidación de los datos de todos los activos en un banco de datos y plataforma únicos, facilitando la correlación de informaciones y la generación de informes.
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FIGURA 5 – Conexão dos Sensores Inteligentes nas subestações ao Software corporativo de Monitoração On-line

Para que los objetivos finales del sistema de monitoreo en línea sean alcanzados respecto a la efectiva gestión de los activos de Celeo Redes, el software corporativo implantado posee algoritmos de diagnóstico y pronóstico, denominados Módulos de Ingeniería, que pueden también ser expandidas desde que nuevos Sensores Inteligentes sean instalados3,4. Basado en los sensores inteligentes actualmente implantados en los autotransformadores y reactores de Celeo, el sistema de monitoreo fue inicialmente dotado de los Módulos de Ingeniería listados en la Tabla 2.

Módulos de Ingeniería inicialmente implantados en el sistema corporativo de Monitoreo en Línea

Módulo de IngenieríaFunciones de Diagnóstico y Pronóstico
Envejecimiento del aislamientoEnvejecimiento del aislamiento
Tiempo de vida restante del aislamiento
Tasa de pérdida de vida
Previsión de temperaturasPrevisión de temperaturas futuras
Tiempo restante para alcanzar temperaturas de alarma y trip
Eficiencia de la refrigeraciónTemperatura teórica calculada
Diferencia entre temperatura real y calculada

Asistente de mantenimiento de la refrigeración
Tiempo de operación de grupos de refrigeración
Tiempo promedio diario de operación
Tiempo restante hasta el próximo mantenimiento
Avisos de mantenimiento con antecedencia
Diagnóstico de bushingsCapacitancia de los bushings
Tangente delta de los bushings
Tendencias de evolución de capacitancia y tangente delta
Evolución rápida de defecto en los bushings
Simulaciones de cargaSimulación con base en las condiciones de carga y temperatura actuales
Simulación de ciclo de carga hipotético
Cromatografía de gas (fuera de línea)Tasas de evolución de gases en el aceite
Relaciones entre gases
Diagnóstico con base en la IEC 60599
Diagnóstico con base en el triángulo de Duval de la IEC 60599
Físico-químico (fuera de línea)Diagnósticos con base en la NBR 10576

3.0 - INTEGRACIÓN A LAS RUTINAS DE LA INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO

La integración del sistema de monitoreo en línea corporativo a las rutinas de la ingeniería de mantenimiento de Celeo contribuyó para que fueran alcanzados importantes resultados para la reducción del riesgo de fallas de equipos, reducción de desconexiones para mantenimientos, reducción de costos de mantenimiento y, consecuentemente, mejora de los resultados operacionales.

Entre los procedimientos adoptados para la implementación de esta integración está la generación mensual de un informe de anormalidades en los equipos monitoreados, que es presentado al directorio técnico de la empresa en reunión mensual de discusión de la ingeniería de mantenimiento.

Un ejemplo real de resultados obtenidos a partir de dicha integración fue la detección de condiciones de riesgo para los reactores de derivación, que operan en regiones de elevadas temperaturas ambientes, permitiendo la adopción de medidas de mitigación de riesgos.

Siendo así, la implementación del monitoreo en línea de los autotransformadores y reactores de las concesiones de Celeo Redes ha alcanzado los objetivos inicialmente propuestos, lo que llevó a la empresa a avanzar a la próxima etapa ilustrada en la Figura 3, que es la implantación de un sistema corporativo de gestión de activos y gestión del mantenimiento, descrita a continuación como la evolución vertical de la solución.

Paralelamente a esta evolución vertical, se encuentra también en curso en la empresa la evolución orgánica y natural de la solución ya implementada, que consiste en la adición de nuevos sensores y nuevos módulos de ingeniería para los autotransformadores y reactores, así como la extensión del sistema para otros activos estratégicos de las subestaciones.

Dentre os procedimentos adotados para a implementação desta integração está a geração mensal de um relatório de anormalidades nos equipamentos monitorados, que é apresentado à diretoria técnica da empresa em reunião mensal de discussão da engenharia de manutenção.

Um exemplo real de resultados obtidos a partir desta integração foi a detecção de condições de risco para os reatores de derivação, que operam em regiões de elevadas temperaturas ambientes, permitindo a adoção de medidas de mitigação de riscos.

Sendo assim, a implementação da monitoração on-line dos autotransformadores e reatores das concessões da Celeo Redes tem atingido os objetivo inicialmente propostos, o que levou a empresa a avançar para a próxima etapa ilustrada na Figura 3, que é a implantação de um sistema corporativo de gestão de ativos e gestão da manutenção, descrita a seguir como a evolução vertical da solução.

Paralelamente a esta evolução vertical, encontra-se também em andamento na empresa a evolução orgânica e natural da solução já implementada, que consiste na adição de novos sensores e novos módulos de engenharia para os autotransformadores e reatores, assim como a extensão do sistema para outros ativos estratégicos das subestações.

4.0 - EVOLUCIÓN VERTICAL DE LA SOLUCIÓN

Las etapas de implementación del monitoreo en línea de activos citadas en este artículo ya se encuentran implementadas y consolidadas en Celeo Redes, e incluso ya se cosechan los beneficios esperados.

Con ello, ya se encuentran en curso las etapas subsecuentes de evolución de la solución, que incluyen la implementación de un sistema corporativo de gestión de activos y gestión del mantenimiento con integración nativa al sistema de monitoreo en línea, de forma a consolidar el camino rumbo a la adopción definitiva del mantenimiento predictivo, y con herramientas tecnológicas de productividad, como aplicativos móviles para los equipos de campo.

Estas etapas de evolución del sistema serán oportunamente presentadas en trabajos posteriores.

5.0 - CONCLUSIÓN

El artículo demostró, con un caso práctico, la viabilidad de integración de los sistemas de monitoreo en línea de activos a las rutinas de la ingeniería de mantenimiento, así como los beneficios derivados de esta integración.

 

Fue demostrado también que el éxito de dicha integración depende fuertemente de la selección de una arquitectura de detección adecuada a la realidad de las concesionarias de energía eléctrica y del establecimiento de un proceso de construcción del sistema basado en etapas lógicas y secuenciales.

Fueron indicadas también las etapas siguientes de evolución de la solución, que ya se encuentran en implementación en la empresa, que potencializarán en gran escala los beneficios derivados de la evolución tecnológica del mantenimiento adoptado estratégicamente por Celeo Redes.

6.0 - REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  1. MOUBRAY, J., “Reliability-centered maintenance”. 2 ed. New York: Industrial Press Inc.,
  2. Lavieri Jr., A., Hering, R., “Novos Conceitos em Sistemas de Energia de Alta Confiabilidade”, Encarte Especial Siemens Energia, http:// mediaibox.siemens.com.br/upfiles/232.pdf, Janeiro/2001.
  3. Peres, E., Duso, W., Latenek, J., Alves, M., “Monitoração On-Line de Transformadores Conversores do Sistema de Transmissão HVDC na SE Ibiúna”, XIII ERIAC, Puerto Iguazu, Argentina, Maio/2009.
  4. Pinto, F., Alves, M., “Aplicação de Sistemas de Monitoração On-Line na Visão da Engenharia de Manutenção”, XXII SNPTEE, Brasília, Outubro/2013.
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