Defecto de conexión de devanados oculto descubierto en un transformador elevador de un generador de 32 MVA después de 23 años en servicio
Tras más de dos décadas en servicio, un transformador elevador de un generador de 32 MVA perteneciente a una importante empresa eléctrica norteamericana activó su relé Buchholz, lo que indicaba una acumulación de gas en el interior del transformador.
Un análisis de gases disueltos realizado dos semanas después confirmó la presencia de anomalías en el aceite del transformador. Los niveles de hidrógeno habían aumentado considerablemente, acercándose a las 1000 ppm, mientras que las concentraciones de metano y monóxido de carbono también estaban aumentando. El patrón de gases indicaba un mecanismo de falla que implicaba tanto actividad de descargas eléctricas como un sobrecalentamiento localizado en el interior del transformador.
Situaciones como esta plantean un desafío habitual para los ingenieros encargados de evaluar el estado de los transformadores. Los sistemas de monitoreo pueden proporcionar indicios claros de que se está produciendo alguna anomalía en el interior de un transformador, pero no revelan necesariamente la ubicación ni la gravedad del problema. Antes de que la unidad pueda volver a entrar en servicio de forma segura, los ingenieros deben determinar si la falla está progresando e identificar la parte del transformador afectada.
Para comprender el origen de la anomalía, la empresa eléctrica llevó a cabo una serie de pruebas de diagnóstico eléctrico en los transformadores de corriente.
Pruebas de diagnóstico eléctrico
Se realizaron tres pruebas eléctricas durante la investigación:
- Pruebas de relación de transformación (TTR)
- Pruebas de resistencia de devanados (WR)
- Pruebas de impedancia de cortocircuito (SCI)
Cada una de estas mediciones evalúa un aspecto diferente del estado del transformador. Cuando se interpretan en conjunto, permiten conocer el estado eléctrico de los devanados, el estado de las conexiones internas y la estructura mecánica del transformador.
Las pruebas se llevaron a cabo utilizando el sistema de pruebas de transformadores TAU3, que permite a los ingenieros realizar varias mediciones de diagnóstico de transformadores desde una única plataforma y comparar los resultados durante la misma investigación.
Los resultados de la prueba de relación de transformación se situaron dentro de los límites aceptables en las tres fases, lo que confirmó que la relación eléctrica entre los devanados seguía siendo correcta.
Las mediciones de la resistencia de los devanados revelaron una situación diferente.
En el lado de alta tensión, los valores de resistencia estaban bien equilibrados, con una variación de solo el 0,17 % entre fases. En el lado de baja tensión, sin embargo, las mediciones mostraron un desequilibrio de resistencia del 5,39 % entre los devanados X1 y X2.
Aunque las directrices del IEEE permiten diferencias de hasta un cinco por ciento en determinadas circunstancias, los ingenieros con experiencia suelen esperar que las diferencias de resistencia de fase a fase se mantengan más 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.
Las pruebas de impedancia de cortocircuito respaldaron esta conclusión. Las mediciones de impedancia también arrojaron resultados anormales, lo que reforzó la sospecha que el transformador presentaba un defecto mecánico o relacionado con las conexiones.
En esta fase de la investigación, los datos de monitoreo y los resultados de las pruebas eléctricas apuntaban a un problema incipiente en el interior del transformador, pero para confirmarlo era necesaria una inspección interna.
Inspección interna y causa raíz
Para verificar el origen de las mediciones anómalas, se drenó el aceite del transformador y se inspeccionó la parte activa de este.
La causa del problema quedó clara de inmediato.
La unión por crimpado que conecta el devanado X1 al bushing X1 nunca se había fijado correctamente durante la fabricación. La conexión del conductor se podía separar manualmente y mostraba evidencia clara de sobrecalentamiento y degradación del aceite.
Esta conexión suelta aumentaba la resistencia dentro del circuito del devanado. El calentamiento resultante produjo la firma gaseosa detectada durante el análisis de gases disueltos y provocó el desequilibrio de fases observado en las mediciones de la resistencia de devanado.
Se retiraron las secciones de conductor dañadas y se prepararon los componentes de recambio. Dado que la parte afectada del devanado se había dañado por sobrecalentamiento, fue necesario utilizar una sección de conductor más larga durante la reparación.
Interpretación de los resultados de diagnóstico
Este estudio pone de relieve la importancia de interpretar conjuntamente los datos de monitoreo y los resultados de las pruebas eléctricas del transformador a la hora de evaluar el estado de este.
El análisis de gases disueltos proporcionó el primer indicio de que se estaban produciendo anomalías en el interior del transformador. Posteriormente, las pruebas eléctricas ayudaron a delimitar el posible origen del problema mediante la identificación de un desequilibrio significativo en la resistencia del devanado de baja tensión.
Mediante la correlación de los resultados de varias mediciones de diagnóstico, los ingenieros determinaron que la avería se debía a un problema de conexión en el devanado del transformador y no a una falla generalizada del aislamiento.
Conclusiones para la investigación de fallas en transformadores
De esta investigación se desprenden varias conclusiones prácticas.
Los sistemas de monitoreo, como los relés Buchholz y el análisis de gases disueltos, proporcionan una valiosa alerta temprana sobre el desarrollo de anomalías internas. Sin embargo, estos sistemas suelen indicar que existe una falla, en lugar de identificar su ubicación exacta.
Las pruebas eléctricas, como las mediciones de la 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 de los transformadores. Incluso los desequilibrios de resistencia relativamente pequeños pueden indicar problemas incipientes que quizá aún no sean visibles mediante otros métodos de diagnóstico.
Por último, la realización de varias pruebas complementarias durante la misma investigación permite a los ingenieros interpretar los resultados en contexto. Los modernos sistemas de prueba de transformadores, como el TAU3, permiten realizar mediciones eficientes de la relación de transformación, la resistencia de los devanados y la impedancia, así como comparar directamente los resultados cuando se investiga un comportamiento anómalo del transformador.
En este caso, la combinación de datos de monitoreo, pruebas eléctricas e inspección interna reveló finalmente un defecto de fabricación que había permanecido oculto en el interior del transformador durante más de dos décadas.
Continuar con la investigación
En este artículo, se describe cómo los datos de monitoreo y las pruebas eléctricas ayudaron a los ingenieros a identificar un defecto oculto en la conexión de los devanados de un transformador elevador de un generador.
Para obtener más información sobre la investigación, incluidos los resultados completos de las pruebas, las imágenes de la inspección y los detalles de la reparación, descargue el caso práctico completo. También puede conocer el sistema de pruebas de transformadores Megger TAU3 utilizado durante la investigación para descubrir cómo facilita la realización de pruebas de diagnóstico de transformadores de forma eficiente sobre el terreno.
