presentac. transformadores potencia

ANALISIS DE CONFIABILIDAD DE TRANSFORMADORES DE POTENCIATRANSFORMADORES DE POTENCIA

AUTOR : OMAR JAVIER HERNANDEZASESOR: ING CARLOS JULIO ZAPATA

Especialización en Sistemas de Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica Promoción 14

ANTECEDENTES -JUSTIFICACION

El transformador de potencia es el componente más importante y t d b t ió lé t icostoso de una subestación eléctrica.

Las salidas programadas o generadas por fallas representan considerables tiempos de reparación y de puesta en servicioconsiderables tiempos de reparación y de puesta en servicio.

Es común que se presenten fallas en transformadores de potencia como: - Anomalías en cambiadores de tomas- Sobrecargas presentes (degradación del medio aislante)- Fallas Internas de tipo constructivo.

Es necesario realizar un estudio de confiabilidad de los transformadores de potencia de la red CODENSA S.A ESP

INTRODUCCIÓN

Análisis de confiabilidad de los transformadores de potencia de 115/11.4 kV; 115/34.5 kV y 230/115 kV del sistema de distribución d í lé t i i l i d d d B táde energía eléctrica que sirve a la ciudad de Bogotá.

Utilizando información operativa correspondiente a 4 años, i i t d C d S A l ifi l lid f tsuministrada por Codensa S. A, se clasifican las salidas que afectan

la disponibilidad del transformador.

S d t iSe determina:- Indices de confiabilidad- Modelos probabilisticos de falla y reparación

Modelo de vida de un componente del- Modelo de vida de un componente del grupo de componentes.

METODOLOGIA

BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN

DEFINIR GRUPOS DE TRANSFORMADORES SIMILARES

CLASIFICACIÓN DE EVENTOS DE SALIDA PARA CADA GRUPO DE

COMPONENTESCOMPONENTES

ÍNDICES DE CONFIABILIDAD DE LOS GRUPOS DE TRANSFORMADORESGRUPOS DE TRANSFORMADORES

MODELOS PROBABILÍSTICOS DE LOS GRUPOS DE TRANSFORMADORESGRUPOS DE TRANSFORMADORES

TIPO DE INFORMACIÓN

SALIDAS(OUTAGES)

PLANEADAS NO PLANEADAS

Mantenimiento Preventivo Salida forzadaPreventivo

M t i i t ti

Construcción, ampliación, mejoramiento del sistema Disparo protecciones eléctricas

Mantenimiento correctivo Disparo protecciones mecánicas

Intrusión de animales

CLASIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN

Nivel de tensiónkV Cantidad <=20 MVA >=20 MVA %

115/11.4 84 24 66 72.41

115/34.5 20 6 14 17.24

230/115 12 12 10.34INVENTARIO TRANSFORMADORES DE

POTENCIA

120140 TENSION kV

115/11.4

20

406080

100CA

NTID

AD

115/34.5

230/115

TOTAL

TOTAL 1160

CLASIFICACION DE EVENTOSCLASIFICACION DE SALIDAS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA LA RED CODENSA

Tipo de Salida115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

# % # % # %

1. Salidas no planeadas 58 34.52 12 36.36 1 7.69

1.1 Fallas 56 33.33 12 36.36 0 0.00

1.1.1 Disparo por protecciones eléctricas 19 11.31 2 6.06 0 0.00

á1.1.2 Disparo por protecciones mecánicas 21 12.50 3 9.09 1 7.69

1.1.3 Disparo por temperatura 1 0.60 1 3.03 0 0.00

1.1.4 Falla no especificada 5 2.98 4 12.12 0 0.00

1 1 5 Ot f ll (R t b j t f ll1.1.5 Otras fallas (Rotura buje roto, falla en dispositivo de protecciones, pararrayos ) 10 5.95 2 6.06 0 0.00

1.2 Intrusión de animales 2 1.19 0 0.00 0 0.00

2. Salidas planeadas 110 65.48 21 63.64 12 92.31

2.2 Mantenimiento preventivo 0.00 0 0.00 0 0.00

2.2.1 Mantenimiento general con pruebas 110 65.48 21 63.64 12 92.31

TOTAL 168 33 13

CLASIFICACION DE EVENTOSCLASIFICACION DE EVENTOS

33%

CLASIFICACION DE EVENTOS TRANSFORMADORES 115/11,4 kV

35%

67% 65%

Salidas planeadas Salidas no planeadassalidas planeadas salidas no planeadas

Salidas planeadas Salidas no planeadas

CLASIFICACION DE EVENTOS TRANSFORMADORES 115/34 5 kV

CLASIFICACION DE EVENTOS TRANSFORMADORES 230/115 kVTRANSFORMADORES 115/34,5 kV

36%

TRANSFORMADORES 230/115 kV8%

64%


92%


INDICES DE CONFIABILIDAD

Utilizando el programa configrucomp.m, para cada grupo de componentes se calculan los índices de confiabilidad que se definen a continuacióna continuación

Definiendo:• tbo: Tiempo entre salidas.• tbpo: Tiempo entre salidas planeadas.• tbuo: Tiempo entre salidas no planeadas.• tbf: Tiempo entre fallas.• tto: Tiempo para salida planeada y no planeada• tto: Tiempo para salida planeada y no planeada.• ttpo: Tiempo para salida planeada.• ttuo: Tiempo para salida no planeada.• ttf: Tiempo para falla.• ttr: Tiempo para reparación.• ttrs: Tiempo para restauración.

INDICES DE CONFIABILIDADNomenclatura Observación

MTBO Tiempo medio entre salidas Incluye todas las salidas planeadas y no planeadasdel grupo

MTBPO Tiempo medio entre salidas planeadas Incluye todas las salidas planeadas del grupoMTBPO Tiempo medio entre salidas planeadas Incluye todas las salidas planeadas del grupo

MTBUO Tiempo medio entre salidas no planeadas Incluye todas las salidas no planeadas del grupo

MTBF Tiempo medio entre fallas Incluye únicamente las salidas no planeadas que implican falla en el grupo

MTTO Tiempo medio para salidas Incluye todas las salidas planeadas y no planeadaspara el grupo

MTTP Tiempo medio para salida planeada Incluye únicamente las salidas planeadas para el grupo

MTTUO Tiempo medio para salida no planeada Incluye únicamente las salidas no planeadas para el grupoMTTUO Tiempo medio para salida no planeada Incluye únicamente las salidas no planeadas para el grupo

MTTF Tiempo medio para falla Incluye únicamente las salidas no planeadas que implican falla para el grupo

MTTRS Tiempo medio para restauración Incluye todas las restauraciones del componente del grupo

MTTRP Tiempo medio para restauración de salida planeada Incluye únicamente las restauraciones de salidas planeadas del componente del grupo

MTTRU Tiempo medio para restauración de salida no planeada Incluye únicamente las restauraciones de salidas no planeadas del componente del grupop p g p

MTTR Tiempo medio para reparación Incluye únicamente las restauraciones de salidas no planeadas que implican falla en el componente del grupo

ESTADISTICAS DE TIEMPOS MEDIOSESTADISTICAS DE TIEMPOS MEDIOS SALIDAS

TIEMPOS DE115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

TIEMPOS DESALIDA

(Días) (Días (Días)

MTBO Tiempo medio entre salida (planeado y no planeado)

8.58 42.84 110.9327

MTBUO Tiempo medio entre salida no planeada

24.8759 117.81 1442.1

MTBF Tiempo medio entre 25.7643 117.81 1.442.1salida de falla

MTTO Tiempo medio entre salida planeada

1.9236 1.75 736.57salida planeada

ESTADISTICAS DE TIEMPOS MEDIOSESTADISTICAS DE TIEMPOS MEDIOS RESTAURACIONES

TIEMPOS DERESTAURACIÓN

115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kVRESTAURACIÓN

(Horas) (Horas) (Horas)

MTTRS Tiempo medio para 7 0915 6 9318 22 1538p prestauración (planeadas y no planeadas)

7.0915 6.9318 22.1538

MTTRU Ti di 1 6443 1 8958 157MTTRU Tiempo medio para reconexión salidas no planeada

1.6443 1.8958 157

MTTRP Tiempo medio para 9 9636 9 8095 10 9167MTTRP Tiempo medio para reconexión salidas planeadas

9.9636 9.8095 10.9167

MTTR Tiempo medio de reparación para falla

1.6964 1.8958 157reparación para falla

TASAS DE EVENTOS

TASA DE EVENTOS 115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

Tasa de salidas (λo) salidas/año‐compo

0.5002 0.4126 0.2710

Tasa de fallas (λ) fallas/año‐compo

0 1667 0 1500 0 02080.1667 0.1500 0.0208

TASA DE RESTAURACIONES

TASA DERESTAURACIONES 115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kVRESTAURACIONES

Restauración operativa (μo)Restauraciones/año 1.2353e+003 1.2637e+003 395.41

Restauración inherente (μi) reparaciones/año 5.1639e+003 4.6207e+003 55.79

TASA DISPONIBILIDAD

DISPONIBILIDAD

Nivel Nivel Nivel

DISPONIBILIDAD115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

Disponibilidad operativa p p(Ao)

99,9595% 99.9674% 99.9315%

Disponibilidad inherente (AI)

99 9968% 99 9968% 99 9627%99,9968% 99.9968% 99.9627%

TASA INDISPONIBILIDAD

INDISPONIBILIDAD115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

INDISPONIBILIDAD

(horas) (horas) (horas)

IndisponibilidadOperativa (Uo)

3.5457 2.8594 6

Indisponibilidad inherente (Ui)

0.2827 0.2844 3.2708

ESTADISTICA DE VIDA MEDIAESTADISTICA DE VIDA MEDIA ESPERADA

VIDA MEDIA (AÑOS) 115/11.4 kV 115/34.5 kV 230/115 kV

ELIFE Vida media esperadaaños / falla

5.9998 6.6665 47.9821

EOLIFE Vida operativa mediaesperada años / salida

1.9992 2.4235 3.6898

MODELO TIEMPOS DE REPARACIONóConsiste en una distribución de probabilidad la cual aplica para cada uno de

los componentes del grupo pues las acciones de reparación se llevan a cabo a nivel de componente. Utilizando el programa ajustedatos.m, para cada grupo de componentes se establecen los siguientes modelos probabilisticos

Parámetro 115/11.4 kV

Cumple prueba de aleatoriedad

Cumple prueba de independencia

Cumple prueba de normalidad

Cumple prueba de log‐normalidad

ttru SI SI SI SI

tbu SI SI SI SI

Parámetro115/34.5 kV





ttru SI SI SI SI

tbu SI SI SI SI

Parámetro Cumple prueba de Cumple prueba Cumple prueba de Cumple pruebaParámetro230/115 kV





ttru NA NA NA NA

tbu NA NA NA NAtbu NA NA NA NA

COMO SE PRESENTA UNA SOLA FALLA ES UN PROCESO DE POISSON HOMOGÉNEO

MODELOS DE LOS TIEMPOS DEMODELOS DE LOS TIEMPOS DE REPARACION TRANSFOMADORES 115/11.4

Distribución Parámetros E(x) STD(x) h(x) D Resultado

Lognormal

α = ‐0,3152

1.6887 3.5249 Creciente/Decreciente 0,0754 Si cumpleβ = +1,2955 Lognormal 1.6887 3.5249 Creciente/Decreciente 0,0754 Si cumpleβ 1,2955

Weibull

α = +1,4047

1.6080 2.0584 Decreciente 0,1302 Si cumpleβ = +0,7887

α = +0,7382

Gamma 1.6445 1.9139 Decreciente 0,1613 Si cumpleβ = +2.2275

Beta

α = +0.3724

0.2908 0.3007 Creciente 0.2954 No cumple Base 9.6672β = +0.9082

α = 1.6445

Normal 1.6445 2..3362 Creciente 0,2976 No cumpleβ = +2.3362

Exponencial

α = +1.6445

1.6445 1.6445 Constante 0,2185 No cumpleβ = −−−−−−−−−

Pareto

α = +0.0672

1.6445 0 Decreciente 0,5708 No cumpleβ = +1.0426

Uniforme

α =+ 0.0672

4.8672 2.7713 Creciente 0.6249 No cumpleβ = +9.6672 pβ

MODELOS DE LOS TIEMPOS DEMODELOS DE LOS TIEMPOS DE REPARACION TRAFO 115/34.5 kV

Distribución Parámetros E(x) STD(x) h(x) D Resultado

Lo o al

α = ‐0.1245

1 6779 2 7117 C e ie te/De e ie te 0 1666 Si u leβ +1 1332 Lognormal 1.6779 2.7117 Creciente/Decreciente 0,1666 Si cumpleβ = +1.1332

Weibull

α = +1.5938

1.8166 2.3103 Decreciente 0,2194 Si cumpleβ = +0.7935

α = +0.7794

Gamma 1.8956 1.8956 Decreciente 0.2631 Si cumpleβ = +2.4320

Beta

α = 0.2471

0.4371 0.3965 Creciente 0.4537Si cumpleBase=11.9496 β = +0.3183

α +0 2160

Pareto

α = +0.2160

0.8956 0,0000 Decreciente 0.3581 Si cumpleβ = +1.1286

Normal

α = +1.8956

1.8956 3.3143 Creciente 0.3748 Si cumpleβ = +3.3143

Exponencial

α = +1.8956

1.8956 1.8956 Constante 0.3036 No cumpleβ = −−−−−−−−

Uniforme

α = +0.2160

6 0828 3 3872 Creciente 0 7196 No cumpleβ +11 9496 Uniforme 6.0828 3.3872 Creciente 0.7196 No cumpleβ = +11.9496

MODELOS DE LOS TIEMPOS DE REPARACIONMODELOS DE LOS TIEMPOS DE REPARACION TRAFO 230/115 kV

Distribución exponencial con parámetro

λ = = =1/ 1/ 157 0.00637MTTR Reparaciones / hora

MODELO DE FALLAS DEL GRUPO DEMODELO DE FALLAS DEL GRUPO DE COMPONENTES

Consiste en un proceso estocástico puntual ajustado al proceso súperImpuesto de las fallas que afectaron la disponibilidad de los componentes delgrupo. Este modelo da una descripción de cómo evoluciona en el tiempo laconfiabilidad de un grupo dado de componentes esto es si su tasa de fallasconfiabilidad de un grupo dado de componentes, esto es, si su tasa de fallasaumenta, disminuye o es constante con el tiempo.

Utilizando el programa procesopuntual.m, para cada grupo de componentes se establece los siguientes modelos probabilisticos

ʹHPPʹ ʹ95% confidenceʹ 115/11.4 kV

se establece los siguientes modelos probabilisticos

‘Lambda (t)ʹ 0.0473

ʹInterval lambdaʹ 0.0358 0.0603

ʹBeta for PLPʹ 1

ʹFitʹ ʹYESʹ

MODELO DE FALLAS DEL GRUPO DEMODELO DE FALLAS DEL GRUPO DE COMPONENTES

ʹHPPʹ ʹ95% confidenceʹ 115/34.5 kV

‘Lambda (t)ʹ 0.0085

ʹInterval lambdaʹ 0.0044 0.0139

ʹBeta for PLPʹ 1

ʹFitʹ ʹYESʹFit YES

ʹHPPʹ ʹ95% confidenceʹ 230/115 kV

‘L bd ( )ʹ 0 00069342‘Lambda (t)ʹ 0.00069342

ʹBeta for PLPʹ [1]

Por tener un asola falla es un proceso de poisson homogéneoPor tener un asola falla es un proceso de poisson homogéneo

MODELO DE VIDA DE UN COMPONENTEMODELO DE VIDA DE UN COMPONENTE TIPICO DEL GRUPO DE COMPONENTESM d l d id d t tí i d l d t C i tModelo de vida de un componente típico del grupo de componentes: Consiste en

un proceso estocástico puntual que describe las fallas de un componente típico o medio que puede representar a cualquiera de los componentes del grupo. Es decir, es un modelo individual que sirve para representar el proceso de fallas de cada uno de los componentes del grupo en estudios de confiabilidad a nivel de sistemade los componentes del grupo en estudios de confiabilidad a nivel de sistema.

Utilizando el programa supcomp.m, para cada grupo de componentes se establece las fallas de un componente típico que representa a cualquiera de los representantes del grupo

PROCESO DE SUPERPOSICIÓN SUPCOMP TRANSFORMADORES 115/11.4 kV

HPP

representantes del grupo.

HPP

realizat Reali with fit % fit

954 948 99.3711

Estadistics Minium Maxium

U ‐19567 1.9579

lamdag 0.0373 0.0611

betag 1 1

failuresg 136 220failuresg 136 220

MODELO DE VIDA DE UN COMPONENTEMODELO DE VIDA DE UN COMPONENTE TIPICO DEL GRUPO DE COMPONENTES

PROCESO DE SUPERPOSICIÓN SUPCOMP TRANSFORMADORES 115/34.5 kV

HPP

eali at Reali ith fit % fitrealizat Reali with fit % fit

936 933 99.6795


U ‐1.9654 1.9533

lamdag 0.0044 0.0155

betag 1 1

failuresg 15 55

PROCESO DE SUPERPOSICIÓN SUPCOMP TRANSFORMADORES 230/115 kV

HPP

realizat Reali with fit % fit

694 694 100


U ‐1.9607 1.7713

lamdag 5.4846e-004 0.0231g

betag 1 1

failuresg 2 8

CONCLUSIONES

La mayor parte de las salidas que afectan a lostransformadores de potencia de la red Codensa corresponden aeventos planeados con un 67% y la menor afectación soneventos planeados con un 67% y la menor afectación soneventos no planeados con un 37%.

Para los grupos de transformadores de potencia, la mayorf ió lid l d d l l dafectación es salidas planeadas que corresponden al plan de

mantenimiento que realiza Codensa S.A ESP a todos lostransformadores con una frecuencia de 3 añosaproximadamente. Lo que representa un 64.5%, 63.64% yp q p y92.31% respectivamente del total de las salidas. Esta esdebido a que los transformadores de potencia son elementosvitales en el área de distribución, ya que una falla representauna gran afectación a varios circuitos de una subestación. Segve afectada la calidad del servicio, se afectan los indicadoresDES y FES y se generan unas perdidas económicas norecuperables de energía no suministrada.

CONCLUSIONESLa mayor clase de falla de los transformadores de 115/11.4 kV;son disparos por protecciones mecánicas con un 12.5%,seguido de disparos de protecciones eléctricas con un 11.31% loque suma un 23 81% del 33 33% de fallas en losque suma un 23.81% del 33.33% de fallas en lostransformadores. El otro restante de las fallas se reparte entreotras fallas 5.95%, fallas no especificas 2.98%, intrusión deanimales 1.19 % y disparos por temperatura con el 0.60%.

La mayor clase de fallas de los transformadores de 115/34.5kV;son disparos por fallas no especificas con un 12 12% seguidoson disparos por fallas no especificas con un 12.12%, seguidode disparos de protecciones mecánicas con un 9.09% y disparospor protecciones eléctricas con un 6.06% lo que suma un27.27% del 36.36% de fallas en los transformadores. El otrorestante da las fallas se reparte entre otras fallas 6 06% disparorestante da las fallas se reparte entre otras fallas 6.06%, disparopor temperatura 3.03%.

CONCLUSIONES

El tiempo medio de restauración considerando salidasplaneadas y no planeadas es de aproximadamente 7.09 horaspara transformadores 115/11 4 kV; Para transformadorespara transformadores 115/11.4 kV; Para transformadores115/34.5 kV es de 6.93 horas, Para transformadores 230/115kVes de 22.15 horas.

El tiempo medio de reconexión de las salidas planeadas es deaproximadamente 9.96 horas para los transformadores 115/11.4kV, para transformadores 115/34.5 kV es de 9.80 horas, y paratransformadores 230/115 kV es de 10.91 horas.

El tiempo medio de reparación es aproximadamente 1.69 horaspara transformadores 115/11.4 kV, para transformadores115/34 5 kV d 1 89 h t f d 230/115 kV115/34.5 kV es de 1.89 horas, para transformadores 230/115 kVes de 157 horas.

CONCLUSIONES

Todos los eventos de salida de los diferentes grupos analizados son temporales (mayores a 5 minutos).

La vida media esperada de los transformadores 115/11.4 kV esde 5.99 años, para transformadores 115/34.5kV es de 6.66 añosy para transformadores 230/115 kV es de 47.98 años. El tiempoy p pde los primeros dos grupos son menores a el tiempo del tercergrupo debido a que son transformadores de mayor población yde mayor índice de fallas.

En general la confiabilidad de los transformadores de potenciade la red Codensa S.A. ESP es cercana al 100%, pues lasdisponibilidades son cercanas al 100% y las tasas de falla

ñpequeñas.

CONCLUSIONESPara realizar el análisis de los modelos probabilísticos paratransformadores de 115/11.4kV, en el modelo de reparación lafunción ajusta a una función Lognormal, Weilbull y Gamma. Parael modelo de vida o fallas del grupo de componentes esel modelo de vida o fallas del grupo de componentes esnecesario realizar la validación de eliminación de datos fuera derango que afectaban los resultados y se ajusta a un proceso depoisson homogéneo HPP. Para el modelo de vida o falla a cadacomponente del grupo se ajusta a un proceso de poissoncomponente del grupo se ajusta a un proceso de poissonhomogéneo validad en un 99.37 %.

Para realizar el análisis de los modelos probabilísticos parap ptransformadores de 115/34.5kV, en el modelo de reparación seajusta a una función Lognormal, Weilbull, Gamma, Beta, Paretoy Normal. Para el modelo de vida o fallas del grupo decomponentes y se ajusta a un proceso de poisson homogéneocomponentes y se ajusta a un proceso de poisson homogéneoHPP. Para el modelo de vida o falla a cada componente delgrupo se ajusta a un proceso de poisson homogéneo validadoen un 99.67%.

CONCLUSIONES

• Para realizar el análisis de los modelosprobabilísticos para transformadores de 230/115kVprobabilísticos para transformadores de 230/115kVen el modelo de reparación solo se puede asumir unproceso exponencial. Para el modelo de vida o fallasdel grupo de componentes por tener una sola falla seg p p pdetermina un proceso de poisson homogéneo. Parael modelo de vida o falla a cada componente delgrupo se ajusta a un proceso de poisson homogéneovalidado en un 100%.

presentac. transformadores potencia

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