Diseño de protecciones y monitorización para autotransformador 132/400 kV, 400 MVA

Abstract

Los autotransformadores son cada vez más empleados en la transmisión de energía eléctrica para la interconexión de dos redes a distinto nivel de tensión en sustitución a los transformadores convencionales. Su reducido coste y ganancia en potencia justifican la tendencia al alza en su uso.

Son máquinas eléctricas de alta responsabilidad por su gran presencia en los sistemas de energía eléctrica. Debido a su importancia, elevado coste y su dificultad de sustitución; es necesaria una guía pormenorizada de un sistema completo de protecciones para un autotransformador de potencia. En concreto, en el proyecto se diseñan las protecciones para un transformador de 400MVA y 132/400kV.

Los fallos más comunes en autotransformadores son de carácter térmico (sobrecargas) y eléctrico (cortocircuitos). En este trabajo se exponen los mecanismos de protección interna (termómetros, indicadores de aceite, equipos de detección de gases, deshumidificadores y equipos de control de presiones); así como las protecciones eléctricas externas en un autotransformador de potencia (relé de protección diferencial, función de sobreintensidad).

Finalmente, se muestra la técnica de Análisis de Gases Disueltos (DGA) como forma de mantenimiento predictivo, previo al fallo del autotransformador. Esta técnica consiste en la toma de muestras de aceite para su posterior análisis en laboratorios en busca de trazas de gases disueltos característicos de faltas o tendencias al fallo en el interior del autotransformador. También se muestran los equipos más innovadores de monitorización DGA online, sus prestaciones, ventajas y técnicas de medición.

Autotransformers are increasingly used in power transmission for the interconnection of two networks at different voltage levels to replace conventional transformers. Their reduced cost and power gain justify the upward trend in their use.

They are electrical machines of high responsibility due to their great presence in electrical power systems. Due to their importance, high cost and difficulty of replacement, a detailed guide to a complete protection system for a power autotransformer is necessary. Specifically, the project designs the protections for a 400MVA and 132/400kV transformer.

The most common faults in autotransformers are thermal (overloads) and electrical (short circuits). In this work the internal protection mechanisms (thermometers, oil gauges, gas detection equipment, dehumidifiers and pressure control equipment) are exposed; as well as the external electrical protections in a power autotransformer (differential protection relay, overcurrent function).

Finally, the Dissolved Gas Analysis (DGA) technique is shown as a form of predictive maintenance, prior to autotransformer failure. This technique consists of taking oil samples for subsequent analysis in laboratories in search of dissolved gas traces characteristic of faults or failure tendencies inside the autotransformer. The most innovative online DGA monitoring equipment, its performance, advantages and measurement techniques are also shown.