monitoreo en linea de transformadores

Copyright Siemens Austral Andina 2009. All rights reserved.

MONITOREO EN LINEAMONITOREO EN LINEA

TMTMDDSSTRANSFORMER MONITORING ANDTRANSFORMER MONITORING AND DIAGNOSTICDIAGNOSTIC SYSTEMSYSTEM

2009-05Copyright Siemens Austral Andina 2009. All rights reserved.

ED SE PTICabrera L.

0,5-800 TONS

0,5-200 M3

Cu

Fe

Madera

Papel

Aceite

CONSTRUCCIN DEL TRANSFORMADOR

[email protected]


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Interconexin de sistemas

GEAFOL

HVDC

Reguladoresde tensin

GSU - Generacin

ReactoresShunt

Sistemas dedistribucin

Conversores / rectificadores Hornoselctricos

TMDSTransformerMonitoring and DiagnosticsSystem

TLMTransformerLifeManagement

Traccin elctricaDistribucin inmersosen aceite mineral

800 kV900 MVA

RANGO DE APLICACION

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ANSI/IEEE Std C57.91-1995, IEEE Guide for loading Mineral-Oil Immersed Transformers Part 5 Life Expectations.IEEE Std C57.91TM-1995/Corrigendum 1

ANSI/IEEE C57.92 1981, Guide for loading mineral oil-immersed power transformers up to 100 MVA, With 55C or 65C Average Winding Rise.

EXPECTATIVA DE VIDA TIL

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EXPECTATIVA DE VIDA?

20.55180 000

Interpretacin de la vida funcional en Transformadores. (Former IEEE C57.91-1981 criterion)

15.41135 00025% Permanencia de la resistencia a la tensin mecnica

17.12150 000200 Permanencia del grado de polimerizacin en el aislamiento.

ANSI C57.91.1995 CORR. 2001 IEEE Guide for loading mineral Oil immersed Transformers. Considera el criterio

bastante conservador, a la luz de los clculos que se pueden efectuar utilizando criterios de Montsinger

7.4265 00050% Permanencia de la resistencia a la tensin mecnica (Former IEEE Std C57.92-1981 criterion)

AosHoras

Vida normal del aislamiento

Bases

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180.000 horas/(24 horas/da) = 7500 das

Perdida de vida por da Promedio esperado = 1/7500* 100% = 0.0133%

PROMEDIO ESPERADO

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Aging Model CIGRE WG A2.18 Life Management Techniques for Power Transformers

Bobinas EvolucinDe burbujas

Agua Partculas

FibrasLibre Vapor Metal

Aislamiento Principal

Productos que envejecen el

aceite

Incremento del porcentaje de saturacin

Decrecimiento de la rigidez dielctrica

Aceleracin de la tasa de

envejecimiento

Burbujas causadas por: SobresaturacinCavitacin

Sobrecalentamiento.

MODELO DE ENVEJECIMIENTO DEL AISLAMIENTO

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Un modelo de riesgo para fallas futuras en transformadores, basado en el envejecimiento. Desarrollado por HSB, y publicado en el ao 2000. El modelo se basa en los modelos de mortalidad, propuestos por primera vez en el siglo 19.

f(t) = e t[] = es una constante[] = tiempo constante[t ] = tiempo en aos

Comportamiento de mortalidad en seres humanos. Por Benjamin Gompertz en 1825

Para una tasa de falla instantnea

MODELO DE RIESGO PARA FALLAS FUTURAS EN TRANSFORMADORES

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En 1860 W.M Makeham, modific la ecuacin de Gompertzadicionando un termino constante con el fin de corregir

la muerte accidental.

f(t) = A + e t

A + e tf(t) =

1 + e t

[] = Modificador para permitir una curva ms aproximada al incremento de la mortalidad

en edades avanzadas (1932) W, PERKS, R.E. Berhards and Others

RIESGO PARA FALLAS FUTURAS EN [email protected]


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+ e tf(t) =A+

K + e t

Willam Bartley, Hartford Steam Boiler, Inspection & Insurance Co, (2006) Publicadoen Transformer committe tutorial 2007

RIESGO PARA FALLAS FUTURAS EN TRANSFORMADORES

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Numero de fallas = [Tasa de falla] x [PoblaciNumero de fallas = [Tasa de falla] x [Poblacin que sobrevive]n que sobrevive]

La tasa instantnea de falla para transformadores, en un ao dado es la probabilidad de falla por unidad de tiempo, por la poblacin de transformadores que han sobrevivido hasta el tiempo t.

TASA DE FALLAS EN LOS [email protected]


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TRANSFORMER BATHTUB CURVE

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

F

a

i

l

u

r

e

R

a

t

e

Despus de 25 aos la tasa de fallasse incrementa exponencialmente

CURVA BATHTUB DE FALLA [email protected]


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TASA HIPOTETICA DE FALLA

Tomando 1000 transformadores fabricados en 1964, hay un nmero alto de transformadores que fallan antes de 2008 posteriormente el nmerodecrece, debido a que los sobrevivientes igual disminuyen

[email protected]


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DISTRIBUCION DE FALLA

(50%) (Se asume no reemplazos)10GVA ; 250 Unidades de 40 MVA

Incrementos

10 GVA

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4,03%Moisture

5,91%Maintenance Issues

7,38%Electrical connection loose or high resistance

9,80%Insulation Issues

17,32%Lightning

29,43%Electrical disturbances

1,24%Others

2,01%Sabotage

2,01%Overload

(%)Causa de la falla

CAUSA DE FALLAS

Bartley William H: International Technical Conference, Methven, New Zealand (April 19-21 2005) Twentyyears period for utilities class transformers

[email protected]


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Incluye aquellos transformadores en los cuales se evidencia una carga sostenida que excede la capacidad nominal de la placa de caracteristicas

Overloading

Inundaciones, tuberias con fugas, agua entrando al tanque por los bushings, y presencia confirmada de agua en el aceite

Moisture

Controles desconectados o modificados en forma errnea, prdida de refrigerante, acumulacin de suciedad y de aceite, problemas de corrosin.

Inadequate Mainten.

Descargas electricas externas confirmadasLightning

Unin no apropiada entre metales diferentes, problemas con el torque de conexiones roscadasLoose Connections

Fallas en la que no se evidencian problemas de sobretensin, se incluyen oxidacin, acidez y humedad (La humedad en el aceite se reporta separadamente) la edad promedio de los transformadores que fallaron debido a problemas del aislamiento fue de 17,8 aos

Insulation Issues

Sobretensiones de maniobra, picos de voltaje, disrupciones en las lneas, y otras anormalidades de T&DElectrical Disturbances

OBSERVACIONES

CAUSA DE FALLAS


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William H. William H. BartleyBartley, HSB,, HSB, Analysis of Transformer Failures, ProceedingsProceedings of the of the sixtysixty SeventhSeventh AnnualAnnual International Doble International Doble ClientClient ConferenceConference , Boston MA, 2000., Boston MA, 2000.

William H. William H. BartleyBartley, HSB,, HSB, Failure History of Transformers Theoretical Projections for Random Failures, , ProceedingsProceedings of the TJH2B of the TJH2B TechConTechCon Mesa AZ, 2001.Mesa AZ, 2001.

Tim HigginsTim Higgins, , Mathematical Models of Mortality, , presentedpresented at the Workshop at the Workshop onon MortalityMortalityModelingModeling and and ForecastingForecasting, , AustralianAustralian NationalNational UniversityUniversity, , FebruaryFebruary 2003.2003.

William H. William H. BartleyBartley, HSB, HSB, , International Technical Conference, Methven, New Zealand(April 19-21 2005) Twenty years period for utilities class transformers

IEEE C57.140 IEEE C57.140 DraftDraft 9 9 MarchMarch, 2003,, 2003, IEEE IEEE GuideGuide for the for the EvaluationEvaluation and and ReconditioningReconditioning of of LiquidLiquid ImmersedImmersed Power Power TransformersTransformers , , RowlandRowland James & William James & William BartleyBartley CoCo--ChairChair

ANSI/IEEE Std C57.91-1995, IEEE Guide for loading Mineral-Oil Immersed TransformersPart 5 Life Expectations.IEEE Std C57.91TM-1995/Corrigendum 1

ANSI/IEEE C57.92 1981, Guide for loading mineral oil-immersed power transformers up to100 MVA, With 55C or 65C Average Winding Rise.

CIGRE 12CIGRE 12--2020 GuideGuide onon EconomicsEconomics of Transformer Management ( of Transformer Management ( draftdraft 23.7.02)23.7.02)

CIGRE A2CIGRE A2--1818 LifeLife Management Management TechniquesTechniques for Power for Power TransformersTransformers

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Copyright Siemens Austral Andina 2009. All rights reserved. Siemens AG 2009Energy Sector - Power Transformers

Siemens TLM Transformer Lifecycle Management


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Transport Installation & Commissioning Desensamble, preparacin para transporte, embarque & pdministracin del transporte, instalacin ensamble y puesta en servicio

Condition Analysis & On-Site Diagnostics Servicios de laboratorio de aceite, valoracin de condicin,anlisis de equipoexistente,valoracin del ciclo de vida, mediciones elctricas avanzadas, pruebas de alta tensin en sitio.

Lifecycle Maintenance Preventivo, curativo, correctivo, a largo plazo, secado en lnea, desgasif icado , secado de la parte activa, regeneracin de aceite, manejo de unidades para disposicin final.

On-line Monitoring Sensores de medida, Gasguard, Tapguard, Monitoreo coherente de unidades, Integracin a subestaciones & monitoreo con servidor central

Troubleshooting Repair & Retrofit Diagnstico de falla, reparacin en sitio, reparaciones y modif icaciones en fbrica, modernizacin, Repotenciacin

Spare Parts Accessories Bushings, OLTCs NOLTCs Motor Drives & Contactos, Coolers, Ventiladores & Bombas , Dispositivos de proteccin & Reles, componentes metalmecnicos

Consulting Expertise Training Servicios de ingeniera, Prevencin & Recommendaciones asesorias para acciones preventivas, correctivas y curativas, Seminarios educativos y Workshops

[email protected] para transformadores de Potencia


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Origen del Producto

Introduccin al TMDS

Arquitectura del sistema

Visin tcnica

Informacin adicional

Agenda


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Principios2005

Feb 2007 Lanzamiento del TMDS L

Med 2003

Med 2004

Inicios

Inicio del desarrollo del TMDS

Se introduce el TMDS

Se introduce el TMDS 3000

Siemens Introduce el primer sistema de monitoreo

Basado en los requerimientos de los clientes Siemens empieza a investigar y evoluciona del data logger al sistema de monitoreo.

Se hace la adaptacin del producto basados en los requerimientosparticulares de cada cliente.

Desarrollo de la herramienta


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Lista de experiencia

Rev. Feb/07

2007* Furnas Viana Brazil 3 75 345 TMDS 20002007* CESP Jupi Brazil 4 134 440 TMDS 20002007* Entergy Amite USA 1 400 230 TMDS 30002007* ENAP Chile 2 80 110 TMDS 20002007* Enelven Colombia 4 83 138 TMDS 30002007* Enelven Colombia 6 42 138 TMDS 30002007* Enelco Colombia 8 40 115 TMDS 30002007* UHE Lajeado Brazil 4 320 230 TMDS 20002007 Braskem Brazil 1 50 69 TMDS 20002006 Entergy Sterlington USA 1 616 525 TMDS 30002006 Entergy Indian Point USA 2 629 345 TMDS 30002006 Entergy Dell USA 1 672 525 TMDS 30002006 Furnas Rio Verde Brazil 4 15 230 TMDS 20002006 UHE Tucuru Brazil 12 405 550 TMDS 20002006 Furnas Serra da Mesa Brazil 7 80 525 TMDS 20002006 Eletronuclear Angra dos Reis Brazil 4 490 525 TMDS 20002005 Cemig Vespasiano Brazil 2 300 525 TDMS 20002005 Furnas Vitria Brazil 4 75 345 TMDS 20002005 Itaip Brazil 6 275 525 SITRAM2005 Furnas So Jos Brazil 7 200 525 SITRAM

* On-going project

QUANTITY

Reference List for Transformer Monitoring and Diagnostic System

TYPEYEAR CUSTOMER COUNTRY RATINGS(MVA) RATED

VOLTAGE (kV)


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TMDS es una herramienta de ingeniera querecolecta datos y los analiza usando los metodosdesarrollados en las normas internacionales, creando una informacin detallada, la cual permitehacer un manejo integral de todos los factoresrelevantes para el correcto funcionamiento de un transformador de potencia.

Definicin del producto


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Temp ambiente

Bushings

OLTC

Temp. Top Oil

Temp Inferior Aceite

Gas en aceiteHumedad

Nivel Aceite

Flujo de aceite o agua

Control Refrigeracin

Sala Comando Subestacin

Intranet ClienteCorriente de carga

Sensores TMDS


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Configuraciones del sistema


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El sistema base es un Paquete Consolidado de Monitoreo (PCM), el cualincluye el sensor Gas-Guard, sensores de las diferentesvariables en lnea y acceso a los ingenieros expertos de Siemens en transformadores, para la asistencia con los anlisis, resolucin y mantenimiento.

SISTEMA BASE


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Top Oil Temperature: RTD PT100

Bottom Oil Temperature: RTD PT100

Ambient Air Temperature: RTD PT100

Moisture in Oil: Invasive Current Load (Single Phase): Transducer

Skin Temperature (1): RTD PT100

Tank Oil Level : Analogue Output

Gas in Oil Monitoring: GAS-Guard 3

Fan Motor Current (Bank A): Transducer

Oi l Pump Motor Current (Bank A): Transducer

Fan Motor Current (Bank B): Transducer

Oil Pump Motor Current (Bank B): Transducer

Standard Data Analysis ModelsStatistical Significance Analysis ModuleLimit Adaption (Learning System)Oil Level ModelCooling System Effectiveness ModelThermal Model 2

Advanced Winding Hot Spot Thermal ModelLoad Factor Model

DGA Model (3 Gas)Oil Moisture Content Model

SISTEMA AVANZADO


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Top Oil Temperature: RTD PT100

Bottom Oil Temperature: RTD PT100

Ambient Air Temperature: RTD PT100

Moisture in Oil: Invasive Current Load (Single & Three Phase): Transducer


Tank Oil Level: Analogue Output

Gas in Oil Monitoring: GAS -Gu ard 8 , Kelman

Fan Motor Current (Bank A): Transducer

Oil Pump Motor Current (Bank A): Transducer

Fan Motor Current (Bank B): Transducer

Oil Pump Motor Current (Bank B): Transducer

Bushing Monitor: Doble, HSP


Standard Data Analysis ModelsStatistical Significance Analysis ModuleLimit Adaption (Learning System)Oil Level ModelCooling System Effectiveness ModelThermal Model 2

Advanced Winding Hot Spot Thermal ModelLoad Factor ModelThermal Limit Prediction ModelLoad-ability Recommendation ModelOil Vapour Pressure ModelRelative Aging Factor

DGA Model (8 Gas)Oil Moisture Content ModelLoad Shedding Recommendation ModelBushing Monitoring Model

SISTEMA PREMIUM


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SENSORES Y MODELOS

Desviacin relativa de la capacitancia de los bushings

Evaluacin de la integridad del aislamiento en los bushings, basado en aprendizaje estadstico on-line.


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Modelos de Ingeniera

Humedad en el aislamiento

Evaluacin de la humedad del aceite aislante y clculo estimado de la humedad en el papel, incluyendo anlisis de tendencia.

Gua de Cargabilidad

Con base en un mtodo propiedad de Siemens, el sistema calcula el hot spot que sera alcanzado a partir de valores suministrados por el usuario y tambin de las condiciones actuales de operacin, para la administracin de la carga del transformador.


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TrmicoClculo del hot spot del transformador por los mtodos normalizados IEEE/ANSI, IEC y mtodo desarrollado por Siemens.

Prdida de vida y envejecimiento relativosClculo de prdida de vida relativa del transformador y tasa de envejecimiento relativo por los mtodos IEEE/ANSI, IEC.

Sistema de refrigeracinVerifica el funcionamiento adecuado del sistema de refrigeracin a travs del monitoreo de la corriente de carga de los ventiladores y del flujo de aceite o agua (dependiendo del sistema de refrigeracin).


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Volumen de aceite en el conservador

Indica un defecto incipiente, antes de llegar al nivel mnimo admisible, comparando el volumen estimado de aceite aislante en el conservador con el volumen calculado en la indicacin del sensor de nivel.

Control de refrigeracinCon la indicacin de la temperatura deseada para operacin del transformador, este modelo efecta el control del sistema de refrigeracin a travs del clculo del hot spot futuro en funcin del cargamento actual. Esta operacin tambin considera el nmero de horas de uso de ventiladores y bombas, equilibrando el desgaste de cada grupo (rotacin). Adicionalmente, efecta el ejercicio peridico de los grupos de refrigeracin.


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Cambiador de tomas bajo carga (OLTC)Indicacin de posicin del OLTC y clculo de desgaste de contactos.

Gases combinados disueltos en aceiteEvaluacin de tasas, tendencias y valores limites de generacin de gases en aceite, basado en aprendizaje estadstico on-line.

Cromatografa on-line para ocho (8) gasesEvaluacin y indicacin de fallas incipientes a travs de mtodos normalizados incluyendo el triangulo de Duval. Realiza anlisis de tasas, tendencias y valores limites, basado en aprendizaje estadstico on-line. Incluye evaluacin de relacin CO2/CO, para mejor evaluacin de un defecto eventual.


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TABLERO LOCAL

Recibe la informacin adquirida por los sensores situados en los transformadores. Cada tablero es proyectado y construido para soportar las condiciones de operacin junto al transformador, sin interferencias en el funcionamiento de los componentes electrnicos.


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Unidad de adquisicinRemota ET200s Fuente Universal

24 Vcc

Monitoreode bushing

Transductores de corriente

Termostato e higrostato

OLM - conversorelctrico / ptico

Proteccin contra sobretensiones

Transductores de posicin OLTC

Transductor deFlujo Aire / Aceite

PANEL LOCAL EN EL TRANSFORMADOR


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PANEL REMOTO EN LA SE

Evaluacin y indicacin de fallas incipientes a travs de mtodos normalizados incluyendo el triangulo de Duval. Realiza anlisis de tasas, tendencias y valores limites, basado en aprendizaje estadstico on-line.

Cromatografa on-line para tres

Verif ica el funcionamiento adecuado del sistema de refrigeracin a travs del monitoreo de la corriente de carga de los ventiladores y del f lujo de aceite o agua (dependiendo del sistema de refrigeracin).

Sistema de refrigeracin.

Clculo de prdida de vida relativa del transformador y tasa de envejecimiento relativo por los mtodos IEEE/ANSI, IEC.

Prdida de vida y envejecimiento

relativos.

Clculo del hot spot del transformador por los mtodos normalizados IEEE/ANSI, IEC y mtodo desarrollado por Siemens.

Trmico.

Con base en un mtodo desarrollado por Siemens, el sistema calcula el Hot spot que sera cargado por valores f inales y tambin de las condiciones actuales de operacin, ayudando en la administracin de la cargabilidad del equipo.

Gua de Cargabilidad.

Evaluacin de la humedad del aceite aislante y clculo estimado de la humedad en el papel, incluyendo anlisis de tendencia.

Humedad en el aislamiento.

Evaluacin de la integr idad del aislamiento en los bushing, basado en aprendizaje estadstico on-line.Desvo relativo de

las capacitancias de los bushing.

Funciones PrincipalesModelo


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SMART MONITOR

Este monitor mide y almacena los parmetrosindicativos del estado operativo del transformador, procesando estos datosemitiendo diagnsticos accesibles a travs de interfase local tipo touch screen de 12 pulgadas, permitiendo acceso fcil a los datos y diagnsticos del transformador en campo, o a travs de su servidor web nativo.


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ARQUITECTURA EN UNA SUBESTACION

Panel Local

Servidor Ingeniera

Servidor WebPLC

Anillo fibra ptica

Panel Central

Panel Local

Panel Local

LAN WAN


ED SE PTICabrera L.Localidad Central, Centro de Control, etc.

Subestacin 1 Subestacin 2 . Subestacin n

WAN

ARQUITECTURA VARIAS SUBESTACIONES


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Efficient Data Handling for Base DataCaptures 3 Values Vs 24

T

e

m

p

Unicamente captura los datos significativos

T

V1

V3

V2

Estrategia de almacenamiento de datos


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+1, +2-1, -2

Se crea una definicinestadstica en un tiempode aprendizaje. Lo que significa , Estado del devanado con un intervalo de certesa del 95%.

+1, +2-1, -2

Los cambios estadsticos son monitoreados con el fin de evitarerrores potenciales, esto se hace por medio del anlisis de toda la gama de las desviaciones estandard.

Sistema de aprendizaje basado en los datos de operacin con el fin de evitar, disparos o alarmas. Adems puede detectarestadsticamente posibles fallasantes de alcanzar los limitespermitidos.

Definicin estadstica: Usada para deducir los modelosque se deben aplicar


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A

T

Estos parametros pueden ser establecidos usando:1. Directrices aceptadas por la industria tales como los

estandares IEEE/ ANSI.2. Clculos hechos en base a la condicin off-line ,histricos

y anlisis pasados de DGA.3. NIveles definidos de uso.

Absolute & Rate of Change Metrics: Usada para deducirlos modelos que se deben aplicar


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Arquitectura Estndar


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TMDS Message

Siemens Transformer Monitoring and Diagnostics System(TMDS) at S Substation has detected an event which demands action. Please check the web address:www.siemens-tmdsl-subs.com

[email protected]

Mensaje enviado al usuario


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Diagnstico


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DiansticoTringulo de Duval (IEC 60599-1999 Annex B.3)


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Modelo de Ingeniera Modelo trmico 1

LV Winding Hot Spot Calculation


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LV Winding Hot Spot Calculation

New Hot Spot Temp RiseCalculation @ Time = T2

Old Temp Rise Calculation @ Time = T1

Incremental Calculation Based on Load @ Time = T2-T1; H, m based on design parameters

Thermal Time Constant of HV Winding based on design parameters


HV Clculo de puntos calientes del devanado (Temp Rise)


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New Hot Spot HV Winding Calculation @ Time = T2 is calculated addingTop Oil Temperature

El clculo del punto caliente es un proceso contnuo, actualizado interactivamente, disponible para el uso de otros modelos de correlacin.

El anlisis proporciona informacin contextual asociada a una alarma.



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HV Temperaturade punto caliente

LV Temperaturade punto caliente



LV Clculo de puntos calientes del devanado (Temp Rise)


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Modelo de Ingeniera Modelo Trmico 1 Usa como soporteAlarma Predictiva y Cargabilidad


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BackgroundModels



ED SE PTICabrera L.

Estrategia usadacomo soporte de lasAlarmas de Prediccin; Direcciones;Si sigo en mi cargaactual, corro el riesgode exceder el lmitede temperaturaCuanto es el margende que tengo en mi punto de cargaactual



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Estrategia de soporteusada para el movimiento del transformadoe en el nuevo punto de carga; Direcciones;

Podemosincrementar esacarga del transformador por X% sin exceder los lmitesde temperatura.



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LL to 90,95%LL to 90,95%LL to 90,95%LL to 90,95%LL to 90,95%LL to 90,95%LL to 90,95%

LL 90,95%

Modelos de Ingeniera Modelo DGA & Anlisis usandorecomendaciones de soporte de alarmas y cargas

Inicio

Toma de muestrade Gas

Analisiscomparativo

del gas de referencia

ANSI Lmite del Cliente Statistical

GasH2CH4COC2H2C2H4C2H6TDCG

100120350355065720

G1G2G3G4G5G6B1,B2, B3

Se limitar elalcance en

15 das

Se limitar elalcance en

15 das

TieneTDCG escedela proporcin

Alcana el lmiteespecfico de Gas

Alcanza la rata

mnima de GasHas

Requiere DGA completo (Hydran)Presenta reporte individual de Monitoreo de GasPresenta anlisis de gases Duval/Rogers Ratio

Da alarma Desencadena anlisis

Duval/RR

No

Si

No NoNo

No

Si Si Si Si


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Diagrama de flujo


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Condicin de monitoreo Informacin de operacin


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Condicin de monitoreo Informacin de operacinTreeing (Anlisis de Tendencias


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Gracias!

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