1. FALLA EN BOQUILLA DE TRANSFORMADOR PRINCIPAL

2. La central Termoeléctrica Samalayuca se encuentra localizada a 52 Km. Al sur de Cd. Juárez, Chih. En el poblado de Samalayuca D. B. Del mismo municipio; enclavada en una zona desértica, construida en una superficie de 65.25 Has. y se encuentra a 1260 msnm entre las paralelos 31°10´ y 31°30´ latitud norte y entre los meridianos 106°25´ y 106°35´ longitud oeste del meridiano de greenwich, siendo las condiciones ambientales extremosas, habiéndose registrado en verano temperaturas máximas de 46°C y en invierno temperaturas mínimas de –23°C por lo que su clima se le considera desértico, seco y extremoso. La capacidad de central es de 316 MW , del ciclo vapor, y 505.8 MW de ciclo combinado. PROLOGO. FALLA EN BOQUILLA DE TRANSFORMADOR PRINCIPAL UNIDAD I C.T. SAMALAYUCA

3. INTRODUCCION El transformador de potencia dentro de un sistema eléctrico es el elemento principal en una Subestación ya sea del tipo reductora o elevadora, ya que permite la transformación del voltaje y la corriente a los niveles deseados para su transmisión y distribución. La boquilla en un transformador de potencia tiene la función de conectar las guias de los devanados hacia el exterior manteniendo la hermeticidad y aislamiento eléctrico. Por sus características intrínsecas las boquillas están sometidas a grandes esfuerzos dieléctricos al tener que soportar grandes diferencias de potencial en espacios físicos reducidos, esta característica los hace ser el elemento más susceptible de falla de un transformador. CONDUCTOR CENTRAL MIRILLA DE VIDRIO AISLAMIENTO EXTERIOR AISLAMIENTO DEL TAP BRIDA PARA MONTAJE CUBIERTA A TIERRA AISLADOR INFERIOR RELLENO DE ACEITE AISLAMIENTO PRINCIPAL DEL NUCLEO CAPA PARA EL CAPACITOR DE GRADIENTE

4. ANTECEDENTES La falla se presenta en el transformador principal de la U-1 en la boquilla H3 y sus características son las siguientes:

5. Cronología de fallas: En 1994, falla la boquilla de alta tensión fase H2 ( T-1 ), la falla se localiza en la parte inferior de la boquilla (interior del transformador) , se produce dispercion de papel, carbón y aluminio en todo el transformador, no se produce explosión de porcelanas. En 1997, durante pruebas de rutina se detecta desviación en los valores capacitivos de la boquilla de alta tensión fase H3 ( T-2 ), cambiándose la boquilla antes de presentarse un mayor disturbio. En 2001 falla la boquilla de alta tensión de la fase H3 del T-1, la falla se localiza en la parte inferior de la boquilla, en el interior del transformador (explosión de boquilla en el interior del transformador dispersandose partes de papel, aluminio y porcelana).

6. DESARROLLO DE LA FALLA La unidad No. 1 se encontraba generando 150 MW, el día 2 de Junio del 2001, a las 16:40 hs. se dispara operando las protecciones 87GT-1, 87GT-3, 51-NT, 21-G. En el transformador opera valvula de sobrepresion y relevador BUCHHOLZ, durante la prueba del cerillo se detectan gases combustibles. NOTA: Registro de abatimiento de potencial en el bus de 230 kv. de la S.E.

7. DIAGRAMA UNIFILAR DE LA S.E. SAMALAYUCA

8. Al efectuar la inspección visual, se observo aceite en torno al área circundante del transformador, así como ausencia de nivel de aceite en la boquilla de la fase H3, también se aprecio una pequeña mancha en la brida de acoplamiento de la misma boquilla. Se procede a desconectar para realizar pruebas de TTR, factor de potencia y resistencia de aislamiento. Durante la prueba de relación de transformación no se excita la fase B, por lo que se presume de una falla en esta pierna, sin embargo al efectuar las pruebas de aislamiento y Tap Capacitivo se detecta la boquilla de la fase H3 con falla observándose la boquilla explotada en su parte inferior. ANALISIS DE LA FALLA

9. Explosión de boquilla H3 proboca la disperción de papel y aluminio por todo el transformador.

10. Daño total del capacitor en boquilla explotando porcelana. Fragmentos de papel y aluminio que flotan en aceite en todo el transformador.

11. Con explosión de porcelanas provoca el deslazamiento de la guia del cambiador de TAP’S en su fase A. Particulas de aluminio en todo el interior del Transformador.

12. Desprendimiento de pantalla en boquilla H3 por donde expulsa aceite de boquilla. Problematica de rugosidad en papel al momento de manufactura

14. Se realizan pruebas de descargas parciales a 5 boquillas para seleccionar las mejores con el apoyo de LAPEM.

15. El protocolo de pruebas utilizado fue el siguiente: Medición de descargas parciales al 50%, 75%, 100%, 110% Un. Medición de capacitancia a 25%, 50%, 75% y 110% Un. Medición de tangente delta a 25%, 50%, 75% y 110% Un.

16. Las conclusiones y recomendaciones de las pruebas efectuadas a las boquillas que resultaron en mejores condiciones fueron las siguientes: Boquilla serie no. 974/07 Boquilla serie no. 974/12 Boquilla serie no. 974/16 Boquilla serie no. 974/19

17. La Boquilla con No. serie no. 974/05 presenta problemas de altas perdidas sin embargo puede ser instalada en caso de emergencia. Se decide reinstalar la boquilla Serie No. 974/19 que estaba instalada en la fase H1 y las No.974/07 y 974/12 traidas de la C.T. Puerto Libertad sustituyendo las H3 dañada y H2 con valores arriba de aceptacion.

18. MEDIDOR GUARD. TIERRA DE LA BOQUILLA Y APARATO DE PRUEBA MODO DE PRUEBA U.S.T. L.V. H.V. MIDE C 1 / AISLAMIENTO PRINCIPAL INCLUYE C 1 y AISLAMIENTO DEL CONDUCTOR CENTRAL C1 DATOS DE PLACA RESULTADO DE LAS PRUEBAS FASE MARCA TIPO S / N Cond. Se observa un alto valor de factor de potencia en las boquillas de las fases H2 y H3, este valor es originado principalmente por contaminación del aceite aislante, lo cual se puede corregir efectuando el cambio de aceite Cap (pf) % PF Cap (pf) % PF KV H1 H2 H3 H0 BRUSH BRUSH BRUSH OV OV OV 974/19 974/07 974/12 416 454 413 0.17 0.20 0.17 10 10 10 0.17 0.47 0.40 417.50 417.50 417.50 G D D PRUEBAS A BOQUILLAS REPORTE DE PRUEBAS FINALES A BOQUILLAS INSTALADAS

19. Una vez revisados los resultados obtenidos se procede a retirar el aceite del transformador y efectuar una limpieza para retirar los residuos de papel del capacitor, así como los residuos de porcelana producto de la explosión del aislador inferior.

20. De la inspección interna efectuada entre personal de IEM y C. F. E. se detecto, tornilleria de baquelita que fija las pantallas de cartón que rodean el cambiador de derivaciones y algunas otras sujeciones al devanado de baja tensión de la fase “B” rotos, esto se debe a la vibración interna del equipo y a los esfuerzos mecánicos internos provocados durante las fallas ocurridas en el transformador.

21. Se realiza la corrección de tornilleria de baquelita, reencintado de guias de 230 kv con papel humedecido y amarre con cinta de algodon a trenzas de baja tensión.

23. Una vez hecha la instalacion, y terminar la limpieza se continuo con los trabajos de secado los cuales finalizan el dia 4 de Julio sincronizando la unidad el dia 5 de Julio del 2001 a las 6:20 hrs.

24. ACCIONES PREVENTIVAS Se propone la instalación de un sistema de monitoreo en línea de corriente capacitivas en las boquillas del transformador, de la unidad 2, considerando que estas son similares a las falladas, e incluso ya ha ocurrido daño en una de ellas. Este sistema es un desarrollo conjunto de LAPEM-IIE, el cual ya ha sido probado durante tres meses en forma experimental y ha demostrado su efectividad. Se tiene un programa de pruebas eléctricas a boquillas para monitorear la tendencia de los valores de Capacitancia, así como de factor de potencia, parámetros que nos llevarían en un momento dado a tomar acciones preventivas. Efectuar el cambio de boquillas por otras de características similares de mejor calidad.

25. CONCLUSIONES En los transformadores, las boquillas de alta tensión son de la marca BRUSH SWITCHGEAR LTD, tipo OV245/900. Existe el antecedente de fallas similares en boquillas de esta misma marca y tipo instaladas en los transformadores principales de la C. T. Puerto Libertad, en una de estas fallas resulto dañado un transformador por explosión e incendio. En análisis anteriores, se ha determinado que el origen de las fallas es por deficiencias en el proceso de manufactura de las boquillas, al devanar el papel capacitivo que forma la parte interna, la falta de uniformidad en este proceso causa irregularidades en el papel que con el transcurso del tiempo ( aproximadamente entre 12 a 15 años ), dan origen a descargas parciales que desencadenan la falla final.