soluciones dedicadas para gestionar una población de ... · soluciones dedicadas para gestionar...
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Revista ABB 3/2002 41
a búsqueda de mayor rentabilidad
de los activos fijos es parte integran-
te del trabajo comercial diario de las com-
pañías eléctricas y de los demás sectores
industriales. La liberalización del mercado
de la energía y la presión, cada día mayor,
en pro de la reducción de costes, obligan a
los directivos a buscar sin pausa nuevas
formas de reducir los costes de la vida útil
de sus activos instalados y de mejorar la
rentabilidad de sus inversiones.
La situación es especialmente aguda en
el caso de los transformadores de poten-
cia. Gran parte de la población mundial
de estos dispositivos se está acercando al
final de su vida útil; es urgente tomar las
medidas necesarias para aumentar la dis-
ponibilidad del parque de transformadores
y con ello aumentar el rendimiento de los
mismos, y esto con el menor coste posible
y con el mínimo impacto medioambiental.
Soluciones dedicadas paragestionar una población detransformadores antiguosPierre Lorin, Asim Fazlagic,
Lars F. Pettersson, Nicolaie Fantana
Los transformadores de potencia son activos de gran valor y las compañías –tanto eléctricas
como industriales– tienen abundantes razones para mantenerlos en funcionamiento fiable
durante el máximo tiempo posible. No obstante, muchos parques de transformadores se están
acercando al final de su vida útil. TRES es un sistema de modernización de transformadores y
de soporte técnico, desarrollado por ABB, que alarga la vida útil de las unidades y optimiza el
rendimiento de las mismas por aumento de su disponibilidad. A partir de las estimaciones
sobre la fiabilidad de la vida útil de los activos, los clientes pueden dar prioridad a los trabajos
de servicio buscando maximizar el beneficio económico.
L
42 Revista ABB 3/2002
ABB ha desarrollado su sistema TRES
(Transformer Retrofit & Engineering Sup-
port), una cartera de modernización de
transformadores y de soporte técnico
para ofrecer a sus clientes una gama com-
pleta de soluciones de servicio que satisfa-
ga esta necesidad, garantizando el funcio-
namiento optimizado de los transformado-
res de potencia durante toda su vida útil.
El sistema TRES se apoya en la experiencia
ganada por ABB con su parque mundial
de transformadores, así como en su expe-
riencia en todo el mundo, que nos permite
reparar los transformadores y ponerlos en
funcionamiento rápidamente.
El coste de las averías
Con frecuencia, los transformadores de
potencia están localizados en zonas estra-
tégicamente importantes de los sistemas de
suministro y, por tanto, las consecuencias
económicas de sus averías pueden superar
con facilidad su valor de activo real.
1
Muchos países tienen una estricta legis-
lación para el control y regulación del
suministro de energía, con sanciones por
falta de suministro que pueden suponer
hasta cien veces el precio de la propia
energía. Para la industria, el coste de los
cortes de corriente provocados por averías
de los transformadores puede ser también
considerable; una cadena de montaje que
se detiene inesperadamente puede llevar a
una empresa a la ruina. Por tanto las com-
pañías eléctricas tienen todas las razones
para velar cuidadosamente por la fiabilidad
y disponibilidad de estos activos clave.
Dado que estas cuestiones abarcan los
costes de funcionamiento, mantenimiento
y capital, los responsables de los activos
han de disponer, obviamente, de herra-
mientas especiales para tomar sus decisio-
nes, tanto estratégicas como las del día a
día. El desafío real reside en poner en
práctica la acción correcta en el momento
oportuno. En la actualidad hay una ten-
dencia clara: Los responsables de activos
están pasando del mantenimiento basado
en el tiempo (TBM) al mantenimiento
basado en las condiciones (CBM) o incluso
al mantenimiento centrado en la fiabilidad
(RCM). Las decisiones deben dejar de pro-
ducirse en un marco temporal medio, defi-
nido por las observaciones y la experiencia
disponible, y tener en cuenta las condicio-
nes reales de los equipos y el nivel de fia-
bilidad que han de tener para cumplir con
su cometido.
Este enfoque gana en importancia
cuando se considera el hecho de que los
propietarios de transformadores tienen en
funcionamiento sus activos de más edad
en un marco más restrictivo que antes.
Puesto que, en la mayoría de los países, la
edad media de los transformadores de
potencia y de los transformadores indus-
triales es de unos 25–30 años y 15–20 años
respectivamente, es evidentemente necesa-
rio tomar medidas que garanticen la fiabili-
Technologies for the Utility Industry
Un buen comienzo
Nec
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nal
So
luci
one
sA
BB
Seguro y medioambientalmentecorrecto
Nivel de activos y rendimientos
Suministro puntual
Entrega impecable
Acreditado
Seguro y medioambientalmentecorrecto
Funcionamiento sin perturbaciones
Máxima disponibilidad de activos
Bajo coste de operación (LOC)
Inversión planificada y optimizada
Programa reducido de paradas
Más utilidad de los activosde gran edad
Mayor esperanza de vida
Optimización de los costes de capital
Diagnóstico
Control/Supervisión
Evaluación de estado/riesgos/vida útil
Asistencia técnica
Financiación
Transporte/Transferencia
Construcción
Puesta en marcha
Formación
Recambios
Mejora del estado
Reacondicionamiento
Reparación y modernización
Gestión final de la vida útil
Prolongación de la vida útilUna buena vida útil
Vista general de la oferta de modernización de transformadores y soporte de ingeniería (TRES)1
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dad y la funcionalidad de los mismos. Así
lo confirman las previsiones de una com-
pañía de seguros de EE UU, que indican
concretamente que la tasa media de ave-
rías y sustitución de los transformadores de
compañías eléctricas, actualmente de alre-
dedor del 1% al año, se multiplicará por
cinco durante los próximos quince años
[1]. En el caso de los transformadores
industriales, las cifras suelen ser más altas
debido a sus condiciones de carga y a lo
exclusivo de su aplicación.
ABB ha creado la cartera TRES para
ayudar al usuario final a mejorar sus estra-
tegias de gestión de activos: para ello le
entrega una evaluación bien acreditada de
estado, un análisis predictivo y conceptos
avanzados para el mantenimiento y la
modernización de los activos. Aparte de la
prolongación de la vida útil de los transfor-
madores, las soluciones incluyen la reubi-
cación o la retirada de servicio de las uni-
dades antes de que se produzcan averías,
evitando así los cortes de corriente y las
consiguientes pérdidas de producción.
Las decisiones bien
fundamentadas dan los mejores
resultados
La oferta de ABB asiste al usuario final en
la toma de decisiones sobre el manteni-
miento y las inversiones por medio de un
soporte de confianza, tanto técnico como
económico.
ABB sigue cuidadosamente la evolución
del mercado. Hace unos cinco años
comenzó a desarrollar una metodología
para evaluar in situ el estado de transfor-
madores, tanto de parques completos
como de unidades individuales, emplean-
do en la medida de los posible métodos
no invasivos [2]. La metodología integra el
conocimiento que ABB ha acumulado
durante los últimos cincuenta años e inclu-
ye más de diez marcas comerciales distin-
tas.
La cartera TRES está estructurada modu-
larmente, permitiendo así adaptar el nivel
de la investigación a las necesidades con-
cretas de los clientes y a sus posibilidades
económicas. Las evaluaciones pueden
realizarse de forma progresiva, comenzan-
do por un diagnóstico sistemático de la
población (paso 1), pasando después a
una evaluación estándar (paso 2) y, por
último, a la evaluación avanzada selectiva
(paso 3) [3].
Paso 1: Diagnóstico general de la
población
Se trata de la evaluación de grandes par-
ques de transformadores (100 unidades o
más) utilizando los datos ya disponibles,
tales como los tipos de aplicación, el
tiempo de funcionamiento, el contenido de
gas en el aceite, el factor de potencia, el
historial de mantenimiento y los eventos
principales, además de la experiencia obte-
nida con unidades análogas.
En esta fase se trata de clasificar de
modo general la población de acuerdo con
criterios técnicos y económicos, e identifi-
car los grupos de unidades que requieran
una investigación más a fondo (paso 2)
o cierto nivel de mantenimiento básico.
Los resultados se expresan gráficamente
en .
Esta evaluación proporciona también
información clave para preparar un presu-
puesto aproximado del mantenimiento
futuro o para la sustitución de unidades;
2
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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Pr io r idadal ta
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Importanc ia
Pr io r idadmedia
Pr io r idadba ja
S inp rob lemas
X
E
B
C
A
D
Ejemplo de una población de transformadores. En el eje vertical se representa el
estado (total) del activo, en el horizontal la importancia del mismo dentro del sistema
de potencia. Los círculos son las unidades de transformador.
2
44 Revista ABB 3/2002
además permite determinar las unidades
que deberán tener prioridad.
Esta evaluación permite asignar y opti-
mizar mejor las inversiones previstas para
el mantenimiento.
Paso 2: Evaluación estándar
El paso 1 permite seleccionar un número
menor de unidades para la evaluación
estándar. El paso 2 aprovecha la informa-
ción básica obtenida en el paso 1 y añade
la información adicional disponible (las
revisiones de diseño, los informes de ins-
pección en situ, los datos de diagnóstico,
la introducción de sistemas de monitoriza-
ción, etc.). Este segundo paso, mucho más
estructurado , permite valorar por sepa-
rado las propiedades más importantes
(generales, mecánicas, térmicas, eléctricas
y de los accesorios).
El paso 2 proporciona importante infor-
mación sobre las condiciones y la idonei-
dad de las unidades en cuanto a cada una
de estas propiedades y permite definir los
trabajos de mantenimiento, reparación o
3
modernización necesarios para garantizar
máxima fiabilidad de las unidades en sus
respectivos modos de funcionamiento.
Los costes de la evaluación se reducen
si las medidas se limitan a determinados
componentes y se toman solo cuando son
realmente necesarias. Si, por ejemplo, el
estado real de un transformador de gran
edad es adecuado para las sobrecargas
pero no para los cortocircuitos, las medi-
das podrían consistir simplemente en
mejorar la rigidez y sujeción de los blo-
ques de devanado.
Paso 3: Evaluación avanzada
En el paso 3, el número de unidades es
menor en que el paso anterior. A partir de
las informaciones de los pasos 1 y 2, este
paso incorpora un cálculo avanzado adi-
cional, más una simulación o un análisis
de las averías principales. Además se soli-
cita a los especialistas de ABB un estudio
detallado de las condiciones de funciona-
miento y del historial de los equipos, y un
análisis del diseño original por medio del
software más avanzado. También se apli-
can los sistemas de diagnóstico más avan-
zados para evaluar una serie de propieda-
des [2], entre las que se encuentran las
siguientes:
n Interpretación de los análisis de aceite,
de gases disueltos y de furanos
n Análisis de respuestas de la frecuencia
n Respuesta dieléctrica
n Descarga parcial
El paso 3 proporciona una sólida com-
prensión del estado de cada unidad y ofre-
ce información fiable, útil para la toma de
decisiones sobre, por ejemplo, si se debe
modernizar una unidad o utilizarla en una
aplicación distinta. El paso 3 es también
muy útil para realizar estudios técnicos (de
capacidad de sobrecarga, entre otros) o
informes periciales sobre la avería de una
unidad.
Las evaluaciones avanzadas como esta
proporcionan una información precisa y
fiable, incluso en casos complejos, hacien-
do posible una toma de decisiones rápida
Technologies for the Utility Industry
DisponibilidadOperación y mantenimiento
Decisiones de gestión de la vida útil
Aspectosno
técnicos
Aspectostécnicos
Aspectostérmicos
Aspectosmecánicos
Aislamientoeléctrico
Depósito princ.Economía
Estrategia
Medio ambienteSistemas auxil.
Coste durantela vida útil
Criterios y proceso de evaluación del estado de los transformadores3
Revista ABB 3/2002 45
y eficaz. Permite a los propietarios, por
ejemplo, decidir in situ la modernización,
reparación o sustitución de una unidad. El
tiempo empleado y el coste se conservan
como referencia para otros casos.
Del diagnóstico a la
evaluación de los riesgos y
de la vida útil
Actualmente, las compañías de seguros uti-
lizan la evaluación de las condiciones de
los equipos en la redacción de nuevos
contratos o cuando proponen formas de
reducir el riesgo de funcionamiento. El
concepto de evaluación de las condiciones
de ABB puede tener un carácter instru-
mental, sirviendo para desarrollar nuevas
relaciones que benefician tanto a las ase-
guradoras como a los asegurados.
La evaluación en tres pasos, ya descrita,
ha demostrado ser rentable para diagnosti-
car el estado de los transformadores a par-
tir de diferentes niveles de información.
Una vez determinado el estado de las uni-
dades, las características de las mismas
puede ser analizadas según las condiciones
de funcionamiento, actuales o previstas,
para establecer el nivel de funcionalidad y
de riesgo de cada unidad en el sistema
eléctrico en cuestión.
Una vez establecido el estado de una
unidad ya se pueden hacer recomendacio-
nes sobre el mantenimiento o la mejora de
las condiciones de la misma para que
alcance la estabilidad y resistencia previs-
tas. Se preparará una lista de prioridades
con indicación precisa de las medidas para
cada transformador en concreto. Entre
ellas puede estar el mantenimiento secun-
dario (procesamiento del aceite, etc.), las
revisiones generales, las reparaciones, la
modernización o la reubicación, e incluso
la sustitución y eliminación de la unidad.
Prestaciones de ABB a partir de
la estimación de la vida útil
ABB ofrece una gama de servicios conce-
bidos para garantizar el grado de eficiencia
de los transformadores instalados de sus
clientes a partir de las condiciones reales
de los mismos. Siempre que es posible, los
especialistas y equipos locales de ABB tra-
bajan in situ. A continuación describimos
brevemente estos servicios.
Mantenimiento básico
El mantenimiento regular es un factor
importante para el buen funcionamiento y
para la seguridad de los transformadores.
Normalmente, el trabajo lo realizan los
equipos locales de mantenimiento, ya que
solo requiere un conocimiento básico de
las unidades. Los transformadores se con-
trolan solo desde el exterior. En general, el
trabajo consiste en una inspección visual,
en especial del estado del gel de sílice, de
las fugas de aceite y de la limpieza de los
contactos eléctricos, así como de las bom-
bas, sistemas de refrigeración motores y
accesorios.
Programa de mantenimiento
avanzado
La fiabilidad, el envejecimiento y la vida
útil dependen del estado del núcleo y de
los devanados del transformador, pero
muy especialmente del estado del aisla-
miento. Entre los servicios especiales que
ABB presta, en el emplazamiento o en
taller, se cuentan la renovación de las par-
tes activas de los devanados, la limpieza
de las partes activas, la recuperación del
aceite [4] y el secado de alto rendimiento
por calor de baja frecuencia. La optimiza-
ción del proceso permite adelantar el
plazo de entrega. El control de calidad está
basado en el diagnóstico de las unidades.
Supervisión
Para aquellos transformadores con valor
estratégico o de alto riesgo es posible ins-
talar un sistema de supervisión on-line
para aumentar su disponibilidad, planificar
el mantenimiento y optimizar el rendimien-
to de los mismos [5]. El sistema supervisa
los parámetros fundamentales del conjunto
núcleo-devanado, así como de los elemen-
tos auxiliares más importantes, como son
los dispositivos de cambio de la relación
de transformación o los aisladores pasan-
tes. Además de almacenar los datos, el sis-
tema dispone de modelos para convertir
los datos brutos en valores útiles para que
el usuario final pueda tomar decisiones
operativas o de mantenimiento.
Se pueden realizar contratos de super-
visión a distancia para el seguimiento e
interpretación avanzada de los datos. Los
datos de monitorización almacenados pue-
den usarse como información de entrada
para el estudio de evaluación de las condi-
ciones.
Reparación y modernización
ABB está desarrollando de forma continua-
da soluciones nuevas e innovadoras, pen-
sadas para mejorar la funcionalidad de los
transformadores, aumentar la calidad y
reducir el tiempo de producción. La repa-
ración y modernización de los transforma-
dores se hace lo más cerca posible de la
ubicación de los mismos para ahorrar tiem-
po y reducir los costes de transporte.
ABB puede realizar los trabajos en taller o
en el emplazamiento, caso para el que se
ha desarrollado un proceso especial de
aseguramiento de la calidad [6]. Los perfec-
cionamientos tienen como objetivo aumen-
tar la eficacia del secado por medio de
calefacción de baja frecuencia y preparar
los ensayos de alta tensión que tienen
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lugar una vez modificado el transformador.
Además, el nuevo material aislante, de alto
rendimiento, y el avanzado diseño aumen-
tan el valor de las unidades existentes.
Estudio de los costes de vida útil
para optimizar las inversiones
Para permitir al usuario final la adopción
de las mejores decisiones para sus inver-
siones estratégicas, ABB ha desarrollado
un modelo muy potente que permite
hacer los cálculos de valor actual neto y de
retorno del capital invertido en trabajos
específicos de mantenimiento o de sustitu-
ción, sea de unidades individuales o de
grandes parques [7]. El modelo tiene en
cuenta el estado de los transformadores y
el riesgo de avería de los mismos, el fun-
cionamiento, el mantenimiento, las repara-
ciones y los costes de capital. El modelo
simula diversos marcos hipotéticos inte-
grando las ventajas del trabajo de manteni-
miento y el efecto positivo del mismo
sobre las condiciones.
Esta herramienta es una inestimable
ayuda para los responsables de la toma de
decisiones, que han de tener en cuenta los
aspectos técnicos y financieros y ponderar-
los adecuadamente.
Vista general del sistema,
estudio de casos típicos
Para presentar la gama completa de presta-
ciones que ofrece TRES será útil considerar
un proyecto real gestionado por ABB. Se
trata de una planta de fundición de alumi-
nio proyectada para aumentar la produc-
ción en un 10% durante cinco años (pri-
mer marco hipotético) o, de forma alterna-
tiva, durante diez años (segundo marco
hipotético), siempre manteniendo un
98,5% de disponibilidad. La propiedad
quería conocer las medidas necesarias para
garantizar que la instalación eléctrica exis-
tente, con ocho transformadores rectifica-
dores industriales de entre 18 y 40 años de
edad, fuera suficiente para las nuevas con-
diciones de funcionamiento.
En el transcurso del proyecto, ABB prestó
los siguientes servicios del sistema TRES:
1. Una evaluación de estado y un estudio
técnico de factibilidad del aumento de
potencia nominal de los transformadores.
Technologies for the Utility Industry
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2. Clasificación de la población (cuatro
grupos de dos transformadores) y evalua-
ción de riesgos.
3. Recomendaciones para las mejoras
necesarias y para la propuesta de cuatro
marcos hipotéticos, distintos, de moderni-
zación:
a) Reacondicionar y actualizar el parque
de transformadores de la planta y de la
localización.
b) Reacondicionar y actualizar el parque
existente y supervisar toda la instala-
ción.
c) Reacondicionar y actualizar el parque
existente e instalar una unidad de
repuesto.
d) Reacondicionar y actualizar el parque
existente, instalar una unidad de
repuesto y supervisar todas las unida-
des.
4. Comparación de costes y cálculo de la
recuperación del capital invertido para los
marcos hipotéticos 3a a 3d .
El cálculo de retorno del capital invertido
señalaba el marco hipotético 3b como el de
mejor rendimiento, con amortización de la
inversión en el plazo de un año.
A partir de la evaluación de estado y
del estudio técnico, se realizaron los traba-
jos de modernización en taller y en el
4
emplazamiento. Se repararon los depósitos
y colocaron nuevas juntas, se renovaron
las conexiones, se procedió al secado del
núcleo, del devanado y del aceite; se rea-
condicionaron los dispositivos de cambio
de la relación de transformación, y se pro-
cedió a instalar un sistema de monitoriza-
ción en línea y de supervisión a distancia.
Garantía de rendimiento durante
la vida útil
Con su cartera de servicio modular, TRES,
ABB ofrece a los propietarios de transfor-
madores (procedan o no de ABB) una
solución de servicios integrados que se
ocupa de sus intereses durante toda la vida
útil de las unidades.
TRES garantiza una gran fiabilidad y
disponibilidad para estos activos clave
optimizando el rendimiento de los mismos,
prolongando su vida útil, haciendo meno-
res los costes de explotación y manteni-
miento y reduciendo las cargas del capital
y las primas de seguro.
El sistema TRES ha nacido como parte
de una cartera de servicios más amplia que
ABB ofrece para todos los sistemas eléctri-
cos de subestaciones y para los procesos
industriales.
Autores
Pierre LorinABB Power TransformersPO Box 2095CH-1211 Ginebra [email protected]
Asim FazlagicABB Inc4350 Semple Avenue St. Louis, MO [email protected]
Bibliografía[1] W. Bartley: Analysis of transformer failures. Proceedings of 67th Annual Int Conf of Doble Clients, Paper 8N, March 2000.
[2] C. Bengtsson, et al: Modern field diagnostic techniques for power transformers. IEEMA Mumbai 1998.
[3] L. Pettersson, N. L. Fantana, U. Sundermann: Life assessment: Ranking of power transformers using condition-based evaluation, a new appro-
ach. CIGRE Paris Conference, Paper 12–204,1998 Session.
[4] O. Berg, et al: Experience from on-site transformer oil reclaiming. CIGRE Paris Conference, Paper 12–103, 2002 Session.
[5] P. Boss, et al: Economical aspects and practical experiences of power transformer on-line monitoring. CIGRE Paris Conference, Paper 12–202,
2000 Session.
[6] J. Mendes, R. A. Marcondes, J. Westberg: On site repair of HV power transformers. CIGRE Paris Conference, Paper 12–202, 2002 Session.
[7] P. Boss, et al: Life assessment of power transformers to prepare a rehabilitation based on a technical-economical analysis. CIGRE Paris Conferen-
ce, Paper 12–106, 2002 Session.
Comparación de costes utilizada en
un estudio de casos típicos realizado
para una planta de fundición de aluminio
con ocho transformadores rectificadores
de entre 18 y 40 años de edad. Marcos
hipotéticos a, b, c y d.
4
120
100
80
60
0
20
40
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%]