Resumen

Los transformadores elevadores de la UHE Tucuruí tienen gran importancia para el Sistema Interligado Nacional (SIN). Por eso, y por sus severas condiciones de trabajo, Eletrobrás Eletronorte siempre mantuvo un riguroso programa de mantenimiento preventivo para esas máquinas. A pesar de eso, el historial de fallas en transformadores de la primera casa de fuerza (más antiguos) llevó a la implantación del sistema de monitoreo online, buscando detectar los defectos en fase incipiente y mitigar aún más los riesgos.

La instalación del sistema, con sensores y software, tuvo inicio en 2006, con el monitoreo de cuatro transformadores ya en operación e implantación en marcha para tres más, aprovechando la característica de modularidad y expansibilidad de la arquitectura descentralizada utilizada.

Serán descritas la arquitectura y las soluciones utilizadas en la implantación del sistema, así como los resultados obtenidos, alcanzando con éxito objetivos como la facilitación de la negociación de seguros para algunas máquinas y el aumento de la seguridad del personal, de los equipos y de la propia instalación.

Con la mayor potencia instalada de entre las usinas brasileñas, 8370MW, la usina hidroeléctrica de Tucuruí posee 23 transformadores elevadores trifásicos 13,8 / 550 kV, siendo 12 de 378MVA (primera casa de fuerza – transformadores con hasta 18 años en operación) y 11 de 405MVA (segunda casa de fuerza – transformadores con hasta 7 años en operación), conectados a barramientos aislados a SF6 y resfriados por cambiadores aceite-agua.

Esos transformadores desempeñan un papel fundamental para la transmisión de la energía generada, siendo esenciales, por lo tanto, para la operación del Sistema Interligado Nacional (SIN). Dada la importancia de esas máquinas y sus severas condiciones de trabajo, incluyendo temperaturas ambientes elevadas y las solicitaciones dieléctricas normales de la operación del sistema, Eletrobrás Eletronorte siempre las mantuvo bajo un riguroso programa de mantenimiento preventivo.

Sin embargo, fallas pasadas en los transformadores elevadores demostraron que ese abordaje no era suficiente, llevando a la implantación de un sistema de monitoreo online para reducción del riesgo de fallas, con la detección de los principales tipos de defectos en fase incipiente, lo que muchas veces no es posible apenas con el mantenimiento preventivo.

Con base en esas estadísticas y en la experiencia anterior de Eletrobras Eletronorte fueron seleccionadas las variables a monitorear en los transformadores elevadores, además de las funciones de tratamiento de datos necesarias, de forma a transformar las variables medidas en informaciones útiles para diagnóstico y pronóstico de los transformadores. Con eso se buscó cubrir los principales subsistemas del transformador y reducir, así, el riesgo de fallas.

Las variables medidas en los transformadores elevadores de la UHE Tucuruí son mostradas en la tabla I, agrupadas por subsistema.

Varibles monitoreadas en los transformadores elevadores, agrupadas por subsistemas

Para cumplir totalmente sus objetivos, el sistema de monitoreo debe efectuar el tratamiento de los datos arriba, para obtener informaciones útiles sobre el estado de los transformadores, como detallado a seguir.

Para el tratamiento de los datos obtenidos a partir de los sensores citados arriba, el sistema de monitoreo instalado posee en su software un Módulo de Ingeniería, que incluye los modelos de ingeniería mostrados en la tabla II.

De esa forma, los datos brutos de los sensores permiten obtener informaciones útiles para diagnósticos y pronósticos del estado de los transformadores [2], [3].

La arquitectura del sistema de monitoreo de los transformadores elevadores de la UHE Tucuruí es mostrada en la figura 2.

La medición de las variables ya presentadas en la tabla I es efectuada por medio de sensores inteligentes tipo IED (Intelligent Electronic Device), proyectados y testados específicamente para uso en el ambiente de patio de subestaciones, permitiendo su instalación directamente en el cuerpo de los transformadores.

Esos sensores son dotados de puertos de comunicación que permiten su conexión directa a una red de comunicación, posibilitando la transmisión directa de las mediciones para un servidor en la sala de control de la usina. Para eso es utilizada también la estructura de la red intranet de Eletrobras Eletronorte, facilitando la instalación y reduciendo costos.

En el servidor en la sala de control es ejecutado el Software Especialista de monitoreo Sigma, que efectúa los tratamientos de datos mostrados en la tabla II.

Por medio de la red intranet de Eletrobras Eletronorte, los usuarios tienen acceso remoto al sistema de monitoreo, a través de la interfaz en páginas HTML, con tecnología Web 2.0.

Figura 2 – Arquitectura del sistema de monitoreo de los transformadores elevadores

La arquitectura escogida por Eletrobras Eletronorte es descentralizada [4], o sea, no utiliza un elemento centralizador en el cuerpo del transformador, evitando así costos adicionales y eliminando un punto de falla [5]. Esa arquitectura trajo también algunos beneficios adicionales para la instalación, que fueron:

• Debido a su modularidad, la facilidad para expansión del sistema para varios transformadores de la usina;
• De la misma manera, la posibilidad de expansión a otros equipos de la usina, como disyuntores, seccionadores, TCs, etc.;
• La posibilidad de expansión del sistema con el incremento de nuevos sensores.

1. ELECTRA, “An International Survey on Failures in Large Power Transformers in Service”, Paris, CIGRE, Ref. no. 88, 1983.
2. Amom, Jorge, Alves, Marcos, Vita, André, Kastrup Filho, Oscar, Ribeiro, Adolfo, et. al., “Sistema de Diagnósticos para o Monitoramento de Subestações de Alta Tensão e o Gerenciamento das Atividades de Manutenção: Integração e Aplicações”, X ERLAC – Encontro Regional Latinoamericano do CIGRÉ, Puerto Iguazu, Argentina, 2003.
3. Alves, Marcos, “Sistema de Monitoração On-Line de Transformadores de Potência”, Revista Eletricidade Moderna, Maio/2004.
4. Vasconcellos, M. Alves, “Especificação de Sistemas de Monitoração On-line para Transformadores de Potência Baseados em uma Arquitetura Descentralizada», V Workspot, Brasil, Abril 2008.
5. Lavieri Jr., Arthur, Hering, Ricardo, “Novos Conceitos em Sistemas de Energia de Alta Confiabilidade”, Encarte Especial Siemens Energia, http:// mediaibox.siemens.com.br/upfiles/232.pdf, Janeiro/2001.
6. Melo, Marcos A. C., Alves, Marcos, “Experiência com Monitoração On-Line de Capacitância e Tangente Delta de Buchas Condensivas”, XIX SNPTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, Brasil, 2007.
7. Alves, Marcos, Silva, Gilson, “Experiência de Campo com Monitoração On-Line de um Transformador 343MVA 230kV com 2 Comutadores sob Carga”, IV Workspot – Workshop on Power Transformers, Recife, Brasil, 2005.