Análisis de los desbalances de tensión y corriente para predecir fallas en transformadores de medida y equipos en subestaciones eléctricas

Abstract

Las subestaciones eléctricas de transmisión son instalaciones importantes en el sistema eléctrico de potencia las cuales tienen como finalidad la de realizar la transformación de tensión siendo elevadoras o reductoras y también se encuentran las subestaciones de tipo maniobra que conecta dos o más circuitos. Como equipamiento las subestaciones eléctricas están equipadas con transformadores de medida o transformadores de instrumentos de corriente y tensión los cuales su finalidad es reducir los valores de corriente y tensión respectivamente a valores estandarizados para ser conectados a los instrumentos de medida y relés de protección. Las empresas transmisoras encargadas de operar y mantener las subestaciones eléctricas llevan a cabo un plan de mantenimiento que es constantemente revisado y actualizado en base a las recomendaciones de fabricantes, metodología, estudios y experiencia, una de las principales problemáticas que afrontan dichas empresas es que no logran determinar ni anticipar las fallas ocultas que se presentan en los equipos de sus instalaciones durante el periodo de espera hasta su próximo mantenimiento. Estas fallas ocultas cuando se presenten o materializan lo realizan en fallas eléctricas en el sistema generando interrupción del suministro eléctrico, indisponibilidad de equipos, celdas u otros, perdidas y gastos económicos a la empresa y posibles riesgos a la integridad física de las personas. En Perú Osinergmin se encarga de evaluar el monto de la penalización producto de las consecuencias ocasionada por la falla eléctrica. El presente trabajo de investigación propone analizar y desarrollar una metodología de predicción de fallas ocultas en los equipos de una subestación eléctrica por medio del análisis de los desbalances de tensión y corriente valores que se adquieren de los equipos de medición y de protección implementados en las subestaciones eléctricas, estos valores provienen de los secundarios tantos en transformadores de corriente y tensión por ello la importancia de estos equipos durante el desarrollo del trabajo. Como parte del desarrollo de la investigación, se analizará eventos de fallas ocultas materializadas y anticipadas en una empresa de transmisión eléctrica durante los años 2022 y 2023 discriminando si ha sido consecuencia de un mantenimiento inadecuado o falta de un mantenimiento adecuado. Finalmente se procede a discutir los resultados obtenidos para evaluar la metodología propuesta y verificar si es posible anticipar que ocurran fallas ocultas en los transformadores de tensión y corriente así mismo en equipos de la subestación eléctrica.

Electrical transmission substations are important facilities in the electrical power system, whose purpose is to perform voltaje transformation by being elevating or reducing substations, and there are also switching substations that connect two or more circuits. As equipment, the electrical substations are equipped with current and voltage instrument transformers or instrument transformers whose purpose is to reduce the current and voltage values respectively to standardized values to be connected to the measuring instruments and protection relays. The transmission companies in charge of operating and maintaining the electrical substations carry out a maintenance plan that is constantly reviewed and updated based on the recommendations of manufacturers, methodology, studies and experience, one of the main problems faced by these companies is that they are unable to determine or anticipate the hidden faults that occur in the equipment of their facilities during the waiting period until their next maintenance. These hidden faults, when they occur or materialize, result in electrical failures in the system generating interruption of the electrical supply, unavailability of equipment, cells or others, losses and economic expenses to the company and possible risks to the physical integrity of the people. In Peru, Osinergmin is in charge of assessing the amount of the penalty resulting from the consequences caused by the electrical failure. This research work proposes to analyze and develop a methodology for predicting hidden faults in the equipment of an electrical substation through the analysis of voltage and current unbalance values that are acquired from the measurement and protection equipment implemented in electrical substations, these values come from the secondary values in current and voltage transformers, thus the importance of this equipment during the development of the work. As part of the development of the research, events of materialized and anticipated hidden faults in an electric transmission company during the years 2022 and 2023 will be analyzed, discriminating if it has been a consequence of inadequate maintenance or lack of adequate maintenance. Finally, the results obtained will be discussed in order to evaluate the proposed methodology and verify if it is possible to anticipate hidden faults occurring in voltage and current transformers as well as in electrical substation equipment.