Sergio Bustamante Sánchez, Mario Mañana Canteli, Alberto Arroyo Gutiérrez, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética, Universidad de Cantabria

Figura 3. Comparativa de los resultados de AGD puntual y monitorización continua.

Las energías renovables están asumiendo un papel cada día más importante en el mix de generación, lo que supone un impacto en la red de distribución y transporte de energía eléctrica. Como la red debe ser eficiente, fiable y resiliente, todos los activos que intervienen en ella deben tener esas mismas características. Las acciones de mantenimiento que se realizan en los activos de la red de distribución tienen como finalidad la extensión de su vida útil, manteniendo su fiabilidad por encima de un umbral aceptable. Por lo tanto, el rendimiento, el riesgo, y los costes deben gestionarse de manera óptima para lograr la calidad del servicio de la manera más rentable.

Estrategia de mantenimiento predictivo
En un mismo activo pueden coexistir diferentes estrategias de mantenimiento en función de su estado y de la información disponible. El objetivo es optimizar el mantenimiento de los activos eléctricos mediante la aplicación de una estrategia de mantenimiento predictivo para adelantarse al fallo con un enfoque basado en pronósticos. La evaluación del riesgo de los activos en la estrategia de mantenimiento predictivo está definida por la probabilidad de fallo y las consecuencias del mismo.

La probabilidad de fallo se relaciona con el estado de salud del activo, y las consecuencias de fallo con la criticidad y las consecuencias de la pérdida funcional del activo. La probabilidad de fallo de los activos se define en base al estado de salud de los activos de la red, teniendo en cuenta toda la información disponible, bien sean datos históricos de mediciones o de fallos, o medidas de los parámetros de condición que se obtienen en ensayos, observaciones e inspecciones, de forma puntual o a través de monitorización continua. A partir del estado de salud actual de los activos, se utilizan herramientas de pronóstico para predecir el estado de salud futuro de cada uno, así como la evolución de su degradación. Estos pronósticos están fuertemente influenciados por la calidad de los datos con los que se alimenta, por lo que cuantos más datos se conozcan de cada activo, mejor será la predicción de la degradación y su estado futuro, y menor será el riesgo de fallo de los activos. En resumen, la estrategia de mantenimiento tiene el objetivo de gestionar un conjunto de activos de la red y priorizar las acciones de mantenimiento en aquellos activos más importantes teniendo en cuenta la criticidad y el estado de salud.

Los datos que alimentan al sistema de mantenimiento predictivo tienen procedencias muy diferentes (inspecciones visuales, ensayos eléctricos, termografía, etc.), por lo que la arquitectura del sistema debe ser capaz de integrar todos estos valores y utilizarlos de forma que se pueda llevar a cabo la implementación de la estrategia de mantenimiento predictivo. Una tarea muy importante para el desarrollo de esta estrategia consiste en la evaluación de las fuentes de datos de cada tipo de activo, lo que permite determinar su influencia en la tasa de fallo funcional del activo, y ayuda en la decisión de las variables a monitorizar de forma continua en caso de que sea posible y si no, de forma puntual.

El transformador de potencia es uno de los activos más importantes dentro de la red de distribución eléctrica, debido a que es un activo crítico de la red y posee un alto coste de reposición. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo para el cálculo del índice de salud del transformador de potencia. Se puede ver que el número de parámetros de condición es muy elevado y, además, normalmente el transformador de potencia tiene un sub-activo, el cambiador de tomas en carga (CTC).

Figura 1. diagrama de flujo para el cálculo del índice de salud del transformador de potencia.

Análisis de gases disueltos (AGD) en el aceite de transformadores de potencia
El análisis de gases disueltos (AGD) en el aceite de transformadores de potencia es una de las herramientas más utilizadas para identificar los defectos existentes en su aislamiento. En el AGD se miden las concentraciones de gases disueltos en el aceite del transformador de potencia que se generan por la degradación del aislamiento líquido (aceite mineral por lo general) y sólido (papel). Los gases que se generan son hidrógeno (H2), metano (CH4), acetileno (C2H2), etileno (C2H4) y etano (C2H6), cuando el defecto es eléctrico o térmico, y ocurre en el aceite. Cuando el defecto térmico se produce en el aislamiento sólido, los gases que se generan son monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). Aunque la mayor parte de estos análisis continúa realizándose en el laboratorio, la tendencia es la monitorización AGD continua, ya que permite la detección o el diagnóstico de defectos de forma casi instantánea durante la vida útil de los transformadores de potencia.

Monitorización AGD online: tipo de equipos
Como se ha comentado, la monitorización continua tiene la ventaja de detectar defectos en su fase temprana. El AGD es el parámetro de condición que más modos de fallo detecta y permite la monitorización continua de forma sencilla en un transformador energizado. El número de gases que pueden monitorizar estos equipos varía desde un único gas, normalmente hidrógeno, hasta nueve gases, los siete gases comentados en el párrafo anterior más oxígeno y nitrógeno. El número de gases que son capaces de monitorizar los divide en equipos de detección o equipos de diagnóstico de defectos. Los equipos de detección miden la concentración de uno o dos gases, normalmente H2 y CO, que son los gases indicativos de faltas térmicas o eléctricas en el aceite del transformador, o faltas térmicas en el aislamiento sólido, respectivamente. Se les denomina equipos de detección porque a partir de los valores de concentraciones medidos, no es posible aplicar ninguno de los métodos de identificación de defectos, por lo que solo son capaces de detectarlo. Por el contrario, los equipos de diagnóstico permiten identificar el defecto existente gracias a que son capaces de medir la concentración de entre cinco y nueve gases.

Además, varios de estos equipos son capaces de medir el contenido de agua en el aceite, uno de los parámetros que se mide en el análisis de calidad del aceite. Por lo general, estos equipos suelen disponer de una o varias entradas analógicas donde se puede conectar un termómetro para monitorizar la temperatura del aceite en la parte superior del tanque del transformador.

Instalación de los equipos de monitorización AGD continua
Estos equipos se dividen en dos grupos dependiendo de su instalación: instalación en una válvula o instalación en circuito cerrado (Figura 2). En la primera de ellas, el dispositivo se instala en una válvula del transformador ubicada en una zona donde la muestra de aceite sea representativa, o lo que es lo mismo, en una zona donde haya flujo de aceite. En la instalación en circuito cerrado se utilizan dos válvulas del transformador, el aceite se toma de la primera de ellas haciendo que circule por el equipo de monitorización, y se devuelve al transformador a través de la segunda válvula. Como en el equipo de detección, el aceite se debe tomar de una zona representativa, eliminando como opción las válvulas inferiores del transformador, como por ejemplo la válvula de drenaje, debido a que es una zona en la que no hay flujo de aceite y existe riesgo de lodos.

Figura 2. Tipos de instalación de los equipos de monitorización AGD.

Comparativa de resultados entre AGD puntual y monitorización continua
La Figura 3 muestra el resultado de la monitorización AGD continua en un transformador de potencia real comparado con los resultados de laboratorio. Las variables monitorizadas por este equipo son la concentración de H2 y CO, el contenido en agua (H2O), y la temperatura del aceite en la parte superior del tanque. En este caso particular, el equipo de monitorización AGD continua no detectó ningún incremento preocupante en las concentraciones de ninguno de los gases que indicaría la presencia de un defecto, tampoco se detectó con los análisis puntuales de laboratorio, por lo que se puede decir que este transformador de potencia se encuentra en buenas condiciones en cuanto a la parte activa (núcleo y devanados) se refiere.

Otro de los resultados que se obtienen de la comparativa entre la monitorización AGD continua y los análisis puntuales es la comprobación del correcto funcionamiento del equipo de monitorización, puesto que las medidas de gases realizadas por éste siguen la tendencia de los resultados obtenidos en el laboratorio.