Evaluación y Disminución del Riesgo de Falla de Transformadores de Potencia con aceite aislante contaminado con azufre corrosivo..pdf
1. Evaluación y Disminución del Riesgo de Falla de
Transformadores de Potencia con aceite aislante
contaminado con azufre corrosivo.
Harold Tascón M. – harold.tascon@gmail.com
HTM Ingeniería y Servicios
Consultor Independiente
Isdaldo Ruiz – iruiz@urra.com.co
URRÁ S.A. E.S.P. – www.urra.com.co
Jefe Sección Equipo Eléctrico
2. Contenido
1. Presentación de la EMPRESA
2. EVENTO DE FALLA – Tranformador de Generación
Causa raíz de la falla: Azufre Corrosivo en el Aceite
3. EVALUACIÓN DE CONDICIÓN - Parque de Transformadores
4. Estrategia MITIGACIÓN DEL RIESGO
5. Proceso de PASIVACIÓN del Aceite
6. Proceso de DESPOLARIZACIÓN SELECTIVA del Aceite
7. EVALUACIÓN final de la Experiencia
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 0
3. Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
LA EMPRESA
URRÁ S.A. E.S.P.
CENTRAL HIDROELÉCTRICA URRÁ I
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 1.0
4. La Central
Hidroeléctrica URRÁ I
se encuentra localizada
en la Región Caribe,
al sur del depto. de
Córdoba, sobre el
límite de las cuencas
Alta y Media del
Río Sinú, en el
Municipio de Tierralta,
concretamente a
30 kilómetros al sur
de la cabecera
municipal.
La Empresa – LOCALIZACIÓN: C.H. URRÁ I
Localización: Municipio de Tierralta, Dep. de Cordoba, Colombia
a aproximadamente 100 km de Montería, Capital del Departamento
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29.05.2014 – Diapo. 1.1
5. Localización: Municipio de Tierralta, Dep. de Cordoba, Colombia
a aproximadamente 100 km de Montería, Capital del Departamento
Capacidad: 340 MW
4 Grupos de 85 Mw
La Empresa – INFRAESTRUCTURA C.H. URRÁ I
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 1.2
6. Localización: Municipio de Tierralta, Dep. de Cordoba, Colombia
a aproximadamente 100 km de Montería, Capital del Departamento
Capacidad: 340 MW
4 Grupos de 85 Mw
REBOSADERO
EMBALSE DE URRÀ
ESTRUCTURA DE TOMA TUNELES DE
DESVIACIÒN
PRESA
RÌO SINÙ
SUBESTACIÒN ISA
CASA DE
MÀQUINAS
La Empresa – INFRAESTRUCTURA: C.H. URRÁ I
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29.05.2014 – Diapo. 1.3
7. PRESA y DIQUE AUXILIAR
• Presa y Dique auxiliar - núcleo impermeable de
gravas rrcillosas y espaldón de gravas limpias
con protección de enrocado.
• Altura de la presa: 73 m.
• Altura Dique auxiliar: 51 m.
La Empresa – DATOS GENERALES: C.H. URRÁ I
• Área inundación nivel máx. normal: 77.4 km2
• Perímetro embalse: 248 km.
• Profundidad Máxima: 67.5 m
• Volumen útil de regulación: 1362 x 106 m3
• Volumen Muerto (a cota 91.5): 528 x 106 m3
• Nivel máximo normal: 130.5 msnm
• Nivel mínimo de operación: 107.0 msnm
EMBALSE URRÁ I
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29.05.2014 – Diapo. 1.4
8. • Capacidad Instalada: 340 MW
• Caudal de Diseño: 700 m3/s
• Cabeza Neta de Diseño: 54.4 m
• Energía firme anual: 930 GWh/año
• Energía promedio anual: 1421 GWh/año
La Empresa – DATOS GENERALES: C.H. URRÁ I
Casa de Máquinas
Edificio de Control
Sala de Mando y
Control
• Unidades de generación: 4
• Tipo de Turbinas: Francis 85 MW.
• Generador : 92,7 MVA.
• Transformador Trifásico: 105 MVA,
13,8/230 KV.
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29.05.2014 – Diapo. 1.5
9. 4 Transformadores elevadores (GSU)
1 Transformador de Reserva (GSU)
105 MVA – 13,8 / 230 kV
1 Autotransformador
90 MVA – 230 / 115 / 13,2 kV
La Empresa – PARQUE DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA
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29.05.2014 – Diapo. 1.6
10. EVENTO DE FALLA
TRANSFORMADOR DE GENERACIÓN
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 2.0
11. Fabricante: ZTR
Serie No. 155950
105 MVA – 13,8 / 230 kV
Año de Fabricación: 1.998
Edad: 13 años
Post-falla – INSPECCIÓN INTERNA EN SITIO – UTR2
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29.05.2014 – Diapo. 2.1
12. Análisis Cualitativo Análisis Cuantitativo
ASTM D1275b-2006 – Utiliza una cinta de cobre 99.9% de pureza en
contacto con 220 mL de aceite a ensayar, en una estufa con ventilación
forzada a 150 ºC por 48 horas.
IEC 62535-2008 - Utiliza 3 cm de conductor de cobre rectangular con su
primera capa de papel en contacto con 15 mL de aceite a ensayar en
una estufa a 150 ºC por 72 horas.
DBDS – DIBENCIL DISULFURO
Determinación por Cromatografía de Gases con Detector de captura
electrónica.
Aceite Aislante – TIPOS DE PRUEBAS DETECCIÓN AZUFRE CORROSIVO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 2.2
13. 1998.03.26
(ZTR)
2011.07.08
(ISA)
2011.07.14
(DOBLE)
ASTM D1275
(100°C – 19 h)
No
Corrosivo
ASTM 1275B
(150°C – 48 h)
4a 4a
Corrosivo Corrosivo
CCD
(DOBLE)
IEC 62535
(150°C – 72 h)
3b – 4a 4a - 4a
Abundantes
depósitos
metalicos
Pocos
depósitos
Metalicos
Corrosivo Corrosivo
DBDS 98
1. La prueba en fábrica del transformador realizada al aceite aislante NYNAS Nytro 11GX, cumplió con los
requerimientos la norma IEC 296 Cl. IIA válida a la fecha, identificándolo como un aceite no corrosivo.
2. El protocolo de prueba para la determinación del Azufre Corrosivo en el aceite, ASTM D1275 fue
modificado, exponiendo el aceite a una temperatura elevada (100 a 150°C) durante un período
prolongado de tiempo (19 a 48h).
3. Los diferentes análisis realizados Post-falla por los laboratorios de ISA (Colombia) y la DOBLE (USA)
¨fallan¨ indicando que el aceite contiene azufre corrosivo.
Análisis
vigentes
Aceite Aislante – HISTORIAL DE PRUEBAS DETECCIÓN AZUFRE CORROSIVO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 2.3
14. Punto de falla
Devanado AT
Columna H3 (Fase C)
Falla eléctrica entre espiras
Señales de corrosión
en el
conductor y papel
Salidas del Devanado
Post-falla – INSPECCIÓN EN FÁBRICA - LOCALIZACIÓN PUNTO DE FALLA
Devanado AT – Fase C
Desarme Transformador en la fábrica de SIEMENS, Bogotá
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 2.4
15. Señales visuales de depósitos de
sulfuro de cobre al interior del
papel aislante de ambos conductores
El papel es altamente conductor
Rastros de descargas parciales en el
papel aislante que precedieron la
descarga eléctrica de gran energía.
Post-falla – INVESTIGACIÓN MATERIALES: COBRE Y PAPEL AISLANTE
Inspección Laboratorio de SIEMENS, Alemania
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 2.5
16. EVALUACIÓN DE
CONDICIÓN
PARQUE DE TRANSFORMADORES
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 3.0
17. ANÁLISIS DE CONDICIÓN DEL
ACEITE
Pruebas para chequear el
aislamiento dieléctrico y las
características de refrigeración
ANÁLISIS DE CONDICIÓN DE
LA CELULOSA
Pruebas para chequear el estado
de envejecimiento o deterioro de
los aislamientos de celulosa.
ANÁLISIS DE GASES
DISUELTOS
Pruebas para chequear las
condiciones eléctricas y térmicas
de las partes vivas (bobinas,
núcleo y conexiones.)
ANÁLISIS
PRUEBAS DE CAMPO
Pruebas Eléctricas y Mecánicas
para chequear estado de
componentes del transformador.
ACA
ACP APC
AGD
?
Evaluación Estado de Salud – PARQUE DE TRANSFORMADORES
Metodología de Evaluación de Condición de Transformadores de Potencia
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 3.1
19. 155949 155950 155951 155952 155953 155966
DOBLE
DBDS
(2011.07.14)
113 98 108 114 108 111
Evaluación Estado de Salud – PARQUE DE TRANSFORMADORES
¨¨A esta concentración, lo más probable es que la degradación de DBDS no ha ocurrido todavía, o muy poco y, probablemente, una ligera
corrosión por azufre se haya producido en la unidad. Este sería el mejor momento para añadir pasivador, cambiar el aceite con un aceite
exento de contenido de azufre corrosivo y añadir pasivador y/o procesar el aceite con sodio para destruir los DBDS y luego añadir un poco
de pasivante. Recomendamos hacer esto de inmediato porque entre más tiempo el aceite permanezca sin remediarse, más corrosión se
llevará a cabo¨.
20. ESTRATEGIA DE
MITIGACIÓN DEL RIESGO
TRANSFORMADORES CON AZUFRE CORROSIVO
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 4.0
21. Paso 1
• Investigar Mejores Técnicas Disponibles
Paso 2
• Evaluar Solución
Paso 3
• Acción Corto, Mediano o Largo Plazo
Acción del
DBDS
mitigado o
disminuido a
niveles
aceptables
5 Transformadores
con DBDS presente
en el aceite
Plan de Mto.
con base en el
nivel de riesgo
determinado.
Evaluación
Periódica de la
Salud de los
Transformadores
ESTRATEGIA DE MITIGACIÓN DEL RIESGO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 4.1
22. CIGRE – Folleto 378 – 2009
Grupo de Trabajo: A2-32
¨Copper Sulphide in Transformers Insulation¨
MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES
Equipo (Transformador o Reactor)
- Reemplazo de los devanados
- Mejoramiento de la refrigeración
Aceite Aislante
- ADICIÓN PASIVADOR METÁLICO AL ACEITE
CORROSIVO
- Cambio total del aceite por aceite no corrosivo
- Reemplazo parcial del aceite
- Proceso con Sodio para destrucción del DBDS
- Proceso Químico de Despolarización Selectiva
- Combinación de opciones anteriores
Mitigación del Riesgo – MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 4.2
23. PROCESO DE PASIVACIÓN
TRANSFORMADORES CON AZUFRE CORROSIVO
ACCIÓN A CORTO PLAZO
MÁS ECONÓMICA
MAYOR EXPERIENCIA EN COLOMBIA
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.0
24. Pasivación – ESQUEMA DE CONEXIONES
Proceso de Pasivación con IRGAMET 39 – Operación fuera de servicio
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.1
25. Proceso de Pasivación con IRGAMET 39
Autotransformador 230/115/13,2 kV – Operación fuera de servicio
Planta de Tratamiento
Irgamet 39
Autotransformador
Pasivación – PROCESO DE PASIVACIÓN DEL ACEITE (Off-Line)
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.2
26. Pasivación – MONITOREO TRATAMIENTO PASIVACIÓN
Nro. Pasiv. Período 1ª. Dosis 2ª. Dosis 3ª. Dosis 4ª. Dosis
ATR (155966) 4 346 Días ´21 ppm/m 11ppm/m 11 ppm/m 7,7 ppm/m
Proceso de Pasivación con IRGAMET 39
Autotransformador 230/115/13,2 kV – Operación fuera de servicio
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.3
28. Pasivación – MONITOREO LABORATORIO TRATAMIENTO DE PASIVACIÓN
Transformador Cantidad
Pasivaciones
Días
Pasivados
Rata de Consumo Mensual Pasivador
1ª. Dosis 2ª. Dosis 3ª. Dosis 4ª.Dosis
ATR (155966) 4 346 Días 21 ppm/m 11ppm/m 11 ppm/m 7,7 ppm(m
TR1 (155949) 3 445 Días 23 ppm/m 5 ppm/m 10 ppm/m
TR2 (155952) 3 456 Días 29,5 ppm/m 8 ppm/m
TR3 (155953) 3 484 Días 29,5 ppm/m 8 ppm/m 7,1 ppm/m
TR4 (155951) 3 539 Días 45 ppm/m 8,2 ppm/m 6,3 ppm/m
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.5
Resumen Proceso de Pasivación con IRGAMET 39
Parque de Transformadores – Operación Fuera de Servicio
29. Transformador Cantidad
Pasivaciones
Tiempo
duración
pasivación
Rata prom. de
consumo
[ppm/m]
Costo
Total
aprox.
Pasiv.
Pasiv.
estimadas
por año
Costo Anual
Pasivación
TR1 (155949) 3 445 días 27,5 US 7.500
2
US 5.000
TR2 (155952) 3 484 días 12,5 US 7.500 US 5.000
TR3 (155953) 3 456 días 13,3 US 7.500 US 5.000
TR4 (155951) 3 539 días 10,5 US 7.500 US 5.000
ATR (155966) 4 709 días 10 US 25.000 US 12.500
Costo Total del Proceso de Pasivación (2 años) US 55.000 US 22.500
Pasivación – HISTORIAL TRATAMIENTO PASIVACIÓN
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.6
RESUMEN PROCESO DE PASIVACIÓN CON IRGAMET 39
Parque de Transformadores – Operación Fuera de Servicio
33. Comparación de mediciones del DBDS realizadas por
diferentes laboratorios antes del proceso de Despolarización Selectiva
Evaluación Estado de Salud – POSTPASIVACIÓN
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 5.10
34. PROCESO DE
DESPOLARIZACIÓN
SELECTIVA
TRANSFORMADORES CON AZUFRE CORROSIVO
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 6.0
36. Laboratorio Portátil para Pruebas de Campo SM-TCS – SEA MARCONI
Despolarización Selectiva – EQUIPO DE PRUEBAS DE MONITOREO EN SITIO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 6.2
37. Despolarización Selectiva – HISTORIAL MONITOREO DEL PROCESO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 6.3
38. Tendencia del DBDSeq como una función del número de ciclos de Despolarización
Despolarización Selectiva – HISTORIAL MONITOREO DEL PROCESO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 6.4
39. 155949
(2013.11.14)
15595
(2013.10.14)
155952
(2013.11.14)
155953
(2013.11.14)
155966
SEA M.
ASTM D130
ASTM D1275b
1b 3a 1b 1b 1b
NC NC NC NC NC
SEA M.
CCD
IEC 62535
Cobre Claro Rayado Claro Claro Claro
Papel
Depósitos
Ausentes
Depósitos
Ausentes
Depósitos
Ausentes
Depósitos
Ausentes
Depósitos
Ausentes
Corrosivida
d
NC NC NC NC NC
SEA M.
IRGAMET 39 < 3 < 3 < 3 < 3 < 3
SEA M.
DBPC
0,397 0,315 0,391 0,348 0,381
SEA M.
DBDS
< 5 5 < 5 5 6
Despolarización Selectiva – PRUEBAS ESTADO FINAL DEL PROCESO
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 6.5
40. TR1
155949
TR4
155951
TR2
155952
TR3
155953
ATR
155966
Azufre Total 380 343 326
DBDS 3 6 1 6 11
¨El DBDS está presente en la muestra, pero en niveles muy bajos.
Hay dos razones principales para ello.
• Uno, que el DBDS se ha degradado con el tiempo y esta es la cantidad que queda en el aceite.
• Dos, que la prueba inicial fue realizada con el aceite que originalmente se llenó en fábrica conteniendo DBDS, y luego el
aceite fue drenado y se llenó posteriormente con aceite que no contiene DBDS.
La primera condición es más problemática ya que indica que el DBDS se ha degradado a mercaptano de bencilo u otros
compuestos o complejos de azufre que pueden ser muy corrosivos para el cobre o la plata.
La segunda situación es mejor, es que hay una cantidad limitada de DBDS que se degrada en compuestos de azufre
corrosivos y por lo tanto las reacciones con el cobre o la plata serán limitadas.
Todos los aceites tienen una cierta cantidad de azufre en ellos, pero se debe recordar que no todos los compuestos de
azufre son corrosivos. El DBDS no es más que una parte del azufre que puede estar presente en el aceite y que puede
ser corrosivo bajo ciertas condiciones.¨
Despolarización Selectiva – PRUEBAS ESTADO FINAL DEL PROCESO
41. EVALUACIÓN FINAL DE LA
EXPERIENCIA
TRANSFORMADORES CON NIVEL DE AZUFRE
CORROSIVO NO PELIGROSO (< 10 PPM)
Evaluación y Disminución del RIESGO de Falla de Transformadores de
Potencia con ACEITE AISLANTE contaminado con AZUFRE CORROSIVO.
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 7.0
42. Comparación de mediciones del DBDS realizadas por
dos laboratorios antes y después del proceso de Despolarización Selectiva
Evaluación Final del Proceso – CONTENIDO DE DBDS
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 7.1
43. • El Tratamiento de Pasivación no fue técnica ni económicamente la mejor decisión
a largo plazo.
• El proceso de Tratamiento de Despolarización Selectiva, llevó el contenido del
componente DBDS a niveles de baja peligrosidad (< 10 ppm).
• Adicional al tratamiento de D.S. se logró retornar el aceite a niveles óptimos, es
decir se realizó una recuperación de su vida útil.
• El proceso de D.S. con equipo energizado (on line) demostró ser un proceso
seguro y eficiente, con solo una diferenciación en un poco mayor el tiempo del
tratamiento debido al trabajo con menores niveles de caudal.
• El riesgo de falla de los transformadores por azufre corrosivo quedó entonces
reducido a un valor mínimo y al demostrarse dicho resultado a la empresa
aseguradora, se pretende eliminar el incremento en las tarifas de aseguramiento
sufridas a causa de la falla del transformador.
.
Evaluación Final del Proceso – CONTENIDO DE DBDS
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 7.2
44. Evaluación y Disminución del Riesgo de Falla de Transformadores
de Potencia con aceite aislante contaminado con azufre corrosivo.
PREGUNTAS ?
HTM Ingeniería & Servicios
29.05.2014 – Diapo. 8.0