Detección de un defecto oculto en la conexión de un devanado en un transformador elevador de 32 MVA tras 23 años en servicio
Tras más de dos décadas en funcionamiento continuo sin registrar alarmas, el relé Buchholz de un transformador elevador de 32 MVA se activó, alertando de la presencia de gas en su interior.
Dos semanas después, un análisis de los gases disueltos confirmó que el aceite del transformador presentaba valores anómalos. Los niveles de hidrógeno habían aumentado de forma notable, acercándose a los 1000 ppm, y las concentraciones de metano y monóxido de carbono también mostraban una tendencia al alza. El patrón de gases indicaba un mecanismo de fallo que implicaba tanto la actividad de descarga eléctrica como el sobrecalentamiento localizado dentro del transformador.
Este tipo de situaciones son habituales para los ingenieros responsables de evaluar el estado de los transformadores. Los sistemas de monitorización pueden identificar indicios claros de que se está desarrollando una anomalía, pero no siempre permiten localizar con precisión la ubicación ni determinar la gravedad del problema. Antes de volver a poner la unidad en funcionamiento con garantías, los ingenieros deben determinar si la avería está evolucionando e identificar a qué parte del transformador afecta.
Para determinar el origen de la avería, la empresa realizó una serie de ensayos eléctricos de diagnóstico en el transformador de potencia.
Ensayos eléctricos de diagnóstico
Durante la fase de investigación se realizaron tres ensayos eléctricos:
- Medición de la relación de transformación (TTR)
- Medición de la resistencia del devanado (WR)
- Medición de la impedancia de cortocircuito (SCI)
Cada una de estas mediciones evalúa un aspecto distinto del estado del transformador. Si se analizan en conjunto, proporcionan información precisa sobre la integridad eléctrica de los devanados, de las conexiones internas y de la estructura mecánica del transformador.
Los ensayos se efectuaron con el sistema de mediciones para transformadores TAU3, que permite realizar múltiples mediciones de diagnóstico desde una única plataforma y comparar los resultados durante la misma investigación.
Los resultados de las mediciones de relación de transformación estaban dentro de los límites aceptables en las tres fases, lo que confirmaba que la relación eléctrica entre los devanados permanecía correcta.
Las mediciones de resistencia del devanado, sin embargo, mostraron una situación diferente.
En el lado de alta tensión, los valores de resistencia estaban bien equilibrados, mostrando sólo una variación del 0,17 % entre fases. Sin embargo, en el lado de baja tensión, las mediciones mostraron un desequilibrio de resistencia del 5,39 % entre los devanados X1 y X2.
Aunque las directrices IEEE permiten diferencias cercanas al cinco por ciento en determinadas circunstancias, los ingenieros experimentados suelen esperar que las diferencias de resistencia de fase a fase se mantengan cerca del dos por ciento cuando las mediciones se realizan a la misma temperatura.
Los resultados indicaron que la anomalía probablemente estaba relacionada con las conexiones del devanado de baja tensión.
La medición de impedancia de cortocircuito confirmó esta conclusión. Las mediciones de impedancia también arrojaron valores anómalos, lo que confirmaba la presencia de un defecto de carácter mecánico o asociado a una conexión dentro del transformador.
En este punto de la investigación, los datos de monitorización y los ensayos eléctricos señalaban un problema en desarrollo en el interior del transformador, pero era necesario realizar una inspección interna para confirmarlo.
Inspección interna y análisis de la causa raíz
Para verificar el origen de la anomalía, se drenó el aceite del transformador y se inspeccionó la parte activa.
La causa del problema quedó patente de inmediato.
La unión engastada que conecta el devanado X1 con la borna X1 nunca se había fijado adecuadamente durante el proceso de fabricación. La conexión del conductor se podía separar manualmente y mostraba indicios claros de sobrecalentamiento y degradación del aceite.
Esta conexión floja aumentó la resistencia dentro del circuito de devanado. El calentamiento resultante generó un patrón característico de gases detectado en el análisis de gases disueltos y provocó el desequilibrio de fase observado en las mediciones de resistencia de los devanados.
Las secciones dañadas del conductor se retiraron y se instalaron componentes de repuesto. Como la parte afectada del devanado había sufrido daños por sobrecalentamiento, fue necesario instalar un tramo de conductor más largo durante la reparación.
Interpretación de los resultados del diagnóstico
Esta investigación pone de manifiesto la importancia de interpretar conjuntamente los datos de monitorización y los resultados de los ensayos eléctricos al evaluar el estado del transformador.
El análisis de gases disueltos proporcionó la primera pista de que dentro del transformador se estaban desarrollando condiciones anormales. Los ensayos eléctricos ayudaron a acotar el origen del problema al identificar un desequilibrio significativo en la resistencia del devanado de baja tensión.
Al correlacionar los resultados de varias mediciones de diagnóstico, los ingenieros determinaron que la avería se debía a un problema en una conexión del devanado y no a un fallo más amplio del aislamiento.
Lecciones aprendidas en la investigación de fallos en transformadores
De esta investigación se derivan varias enseñanzas prácticas.
Los sistemas de monitorización, como los relés Buchholz y el análisis de gases disueltos, ofrecen una valiosa advertencia temprana de que se están desarrollando anomalías internas. No obstante, estos sistemas suelen indicar la existencia de un fallo, pero no su ubicación precisa.
Las mediciones eléctricas, como las mediciones de resistencia de los devanados, siguen siendo una de las herramientas de diagnóstico más eficaces para identificar problemas de conexión o defectos mecánicos en los devanados del transformador. Incluso desequilibrios relativamente pequeños pueden señalar problemas incipientes que aún no son visibles mediante otros métodos de diagnóstico.
Por último, realizar diferentes ensayos complementarios dentro de la misma investigación permite a los ingenieros interpretar los resultados en contexto. Los modernos sistemas de ensayo para transformadores, como el TAU3, permiten realizar mediciones eficientes de relación de transformación, resistencia de los devanados e impedancia, así como comparar directamente los resultados cuando se investiga un comportamiento anómalo del transformador.
En este caso, la combinación de datos de monitorización, ensayos eléctricos e inspección interna permitió, finalmente, identificar un defecto de fabricación que había permanecido oculto en el interior del transformador durante más de dos décadas.
Continuación de la investigación
Este artículo explica cómo los datos de monitorización y los ensayos eléctricos ayudaron a los ingenieros a identificar un defecto oculto en la conexión de un devanado en un transformador elevador de generador.
Si desea conocer la investigación en detalle, incluidos todos los resultados de los ensayos, las imágenes de la inspección y la información sobre la reparación, descargue el caso práctico completo. También puede explorar el sistema de medición de transformadores Megger TAU3 utilizado durante la investigación para descubrir cómo facilita un diagnóstico eficiente de transformadores sobre el terreno.
