FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

La central Termoeléctrica Samalayuca se encuentra localizada a 52 Km. Al sur de Cd. Juárez, Chih. En el poblado de Samalayuca D. B. Del mismo municipio; enclavada en una zona desértica, construida en una superficie de 65.25 Has. y se encuentra a 1260 msnm entre las paralelos 31°10´ y 31°30´ latitud norte y entre los meridianos 106°25´ y 106°35´ longitud oeste del meridiano de greenwich, siendo las condiciones ambientales extremosas, habiéndose registrado en verano temperaturas máximas de 46°C y en invierno temperaturas mínimas de –23°C por lo que su clima se le considera desértico, seco y extremoso.La capacidad de central es de 316 MW, del ciclo vapor, y 505.8 MW de ciclo combinado.

PROLOGO.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA INTRODUCCION

El transformador de potencia dentro de un sistema eléctrico es el elemento principal en una Subestación ya sea del tipo reductora o elevadora, ya que permite la transformación del voltaje y la corriente a los niveles deseados para su transmisión y distribución.La boquilla en un transformador de potencia tiene la función de conectar las guias de los devanados hacia el exterior manteniendo la hermeticidad y aislamiento eléctrico.Por sus características intrínsecas las boquillas están sometidas a grandes esfuerzos dieléctricos al tener que soportar grandes diferencias de potencial en espacios físicos reducidos, esta característica los hace ser el elemento más susceptible de falla de un transformador.

 

CONDUCTOR CENTRAL

MIRILLA DE VIDRIO

AISLAMIENTO EXTERIOR

AISLAMIENTO DEL TAP

BRIDA PARA MONTAJE

CUBIERTA A TIERRA

AISLADOR INFERIOR

RELLENO DE ACEITE

AISLAMIENTO PRINCIPAL DEL NUCLEO

CAPA PARA EL CAPACITOR DE

GRADIENTE

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA ANTECEDENTES

La falla se presenta en el transformador principal de la U-1 en la boquilla H3 y sus características son las siguientes:

Nombre de la Instalacion Marca Serie No. de No. de Tipo preserv. Peso Total Litros AceiteDevanados Fases Aceite en tons.

S.E. SAMALAYUCA IEM 246831-1 2 3 T. CON SERV. 186-316 42883

Conceptos Alta Baja Terciario TAPS VOLT-KV. AMP VOLT-KV AMP VOLT-KV AMP

VOLTAJE NOMINAL KV. 230 15 1 241,500 420.76

CORRIENTE NOMINAL AMP. 441.79 6774.24 2 235,750 431.02

CONEXION DELTA ESTRELLA 3 230,000 441.79

% IMPEDANCIA 11.74/13.14 4 224,250 453.12

NUMERO DE TAPS. 5 5 218,500 465.05

BIL 900 KV. 110 KV. 6

BIL NEUTRO A.T. 115 KV. 7

8 15,000 6774,24

M O A Desarrollo Devanados P. watts P. Hierro

V F A

A F O A 176/197.12

OTROS F. Fabric. F. Ent.Op.

MARCA BRUSH 1981 12-Jul-85

B TIPO DU245

U DIBUJO Diagrama Vectorial

S K.V. 245

H I NOMINAL 900 A

I CLASE

N C1 419 PF

G C2 1220 PF

No. SERIE 974/21

POLARIDAD ENFRIAMIENTO T.R.O. BUCHHOLZ ALARMAS Elevador Reductor

SUBST. FOA X X X X

OBSERVACIONES : 55∙C / 65∙C. ELEVACION DE TEMPERATURA DE LOS DEVANADOS A PLENA CARGA. CONTINUA A 2250 M.S.N.M.

X-1

X-2

X-3

H-1

H-2

H-

H-2

H- H-3

X-1

X-2

X-3

H-0

H-0

BAJATENSION

ALTATENSION

0 A

0 B

0 C

9

9A

10A

10

9

9A

10A

10

10A

10

9

9A

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Cronología de fallas: En 1994, falla la boquilla de alta tensión fase H2 ( T-1 ), la falla se localiza en la parte inferior de la boquilla (interior del transformador), se produce dispercion de papel, carbón y aluminio en todo el transformador, no se produce explosión de porcelanas. En 1997, durante pruebas de rutina se detecta desviación en los valores capacitivos de la boquilla de alta tensión fase H3 ( T-2 ), cambiándose laboquilla antes de presentarse un mayor disturbio. En 2001 falla la boquilla de alta tensión de la fase H3 del T-1, la falla se localiza en la parte inferior de la boquilla, en el interior del transformador(explosión de boquilla en el interior del transformador dispersandose partes de papel, aluminio y porcelana).

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA DESARROLLO DE LA FALLA

La unidad No. 1 se encontraba generando 150 MW, el día 2 de Junio del 2001, a las 16:40 hs. se dispara operando las protecciones 87GT-1, 87GT-3, 51-NT, 21-G. En el transformador opera valvula de sobrepresion y relevador BUCHHOLZ, durante la prueba del cerillo se detectan gases combustibles.

NOTA: Registro de abatimiento de potencial en el bus de 230 kv. de la S.E.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA DIAGRAMA UNIFILAR DE LA S.E. SAMALAYUCA

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Al efectuar la inspección visual, se observo aceite en torno al área circundante del transformador, así como ausencia de nivel de aceite en la boquilla de la fase H3, también se aprecio una pequeña mancha en la brida de acoplamiento de la misma boquilla. Se procede a desconectar para realizar pruebas de TTR, factor de potencia y resistencia de aislamiento. Durante la prueba de relación de transformación no se excita la fase B, por lo que se presume de una falla en esta pierna, sin embargo al efectuar las pruebas de aislamiento y Tap Capacitivo se detecta la boquilla de la fase H3 con falla observándose la boquilla explotada en su parte inferior.

ANALISIS DE LA FALLA

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Explosión de boquilla H3 proboca la disperción de papel y aluminio por todoel transformador.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Daño total del capacitor en boquillaexplotando porcelana.

Fragmentos de papel yaluminio que flotan enaceite en todo el transformador.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Con explosión de porcelanas provoca el deslazamiento de la guia del cambiadorde TAP’S en su fase A.

Particulas de aluminio en todo el interiordel Transformador.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Desprendimiento de pantalla en boquilla H3 por donde expulsa

aceite de boquilla.

Problematica de rugosidad en papel al momento de manufactura

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

na vez declarada la falla se efectúan diferentes tipos de pruebas para determinar la magnitud de la falla y el grado de afectación a los devanados.

ichas pruebas fueron las siguientes:

• Corriente de excitación• Respuesta a la frecuencia• Factor de potencia a transformador• Reactancia• Impedancia de dispersión• Resistencia ohmica• TTR• Factor de potencia a boquillas• Tap Capacitivo a boquillas• Collar caliente a boquillas

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Se realizan pruebas de descargas parciales a 5 boquillas para seleccionar las mejores con el apoyo de LAPEM.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

El protocolo de pruebas utilizado fue el siguiente:Medición de descargas parciales al 50%, 75%, 100%, 110% Un.

Medición de capacitancia a 25%, 50%, 75% y 110% Un.Medición de tangente delta a 25%, 50%, 75% y 110% Un.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Las conclusiones y recomendaciones de las pruebas efectuadas a las boquillas que resultaron en mejores condiciones fueron las siguientes:

Boquilla serie no. 974/07Boquilla serie no. 974/12 Boquilla serie no. 974/16Boquilla serie no. 974/19

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

La Boquilla con No. serie no. 974/05 presenta problemas de altas perdidassin embargo puede ser instalada en caso de emergencia.

Se decide reinstalar la boquilla Serie No. 974/19 que estaba instalada en la fase H1 y las No.974/07 y 974/12 traidas de la C.T. Puerto Libertad sustituyendo las H3 dañada y H2 con valores arriba de aceptacion.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

MEDIDOR

GUARD.

TIERRA DE LA BOQUILLA Y APARATO DE PRUEBA

MODO DE PRUEBA U.S.T.

L.V.

H.V.

MIDE C1 / AISLAMIENTO PRINCIPAL

INCLUYE C1 y AISLAMIENTO DEL CONDUCTOR

CENTRAL

C1 DATOS DE PLACA

RESULTADO DE LAS PRUEBAS

FASE MARCA TIPO S / N Cond.

Se observa un alto valor de factor de potencia en las boquillas de las fases H2 y H3, este valor es originado principalmente por contaminación del aceite aislante, lo cual se puede corregir efectuando el cambio de aceite

Cap (pf)% PFCap (pf) % PF KV

H1H2H3H0

BRUSHBRUSHBRUSH

OVOVOV

974/19974/07974/12

416454413

0.170.200.17

101010

0.170.470.40

417.50417.50417.50

GDD

PRUEBAS A BOQUILLASPRUEBAS A BOQUILLAS

REPORTE DE PRUEBAS FINALES A REPORTE DE PRUEBAS FINALES A BOQUILLAS INSTALADAS BOQUILLAS INSTALADAS

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Una vez revisados los resultados obtenidos se procede a retirar el aceite del transformador y efectuar una limpieza para retirar los residuos de papel del capacitor, así como los residuos de porcelana producto de la explosión del aislador inferior.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

De la inspección interna efectuada entre personal de IEM y C. F. E. se detecto, tornilleria de baquelita que fija las pantallas de cartón que rodean el cambiador de derivaciones y algunas otras sujeciones al devanado de baja tensión de la fase “B” rotos, esto se debe a la vibración interna del equipo y a los esfuerzos mecánicos internos provocados durante las fallas ocurridas en el transformador.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Se realiza la corrección de tornilleria de baquelita, reencintado de guias de 230 kv con papel humedecido y amarre con cinta de algodon a trenzas de baja tensión.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

as conclusiones y recomendaciones de las pruebas efectuadas por personal de LAPEM, fueron las siguientes:

Factor de potencia y capacitancia medida en los aislamientos de los devanados del transformador, el aislamiento tiene un valor significativo, estando arriba del máximo permitido causado por contaminación existentes después de su apertura para inspección y partículas desprendidas de la boquilla.

•os valores de corriente de excitación en las cinco derivaciones son buenos, no existen problemas de corto circuito entre espiras de los devanados o problemas con el núcleo.

La relación de vueltas del transformador están dentro del 0.5% en todas sus derivaciones.

Los valores de impedancia y reactancia de dispersión en los devanados del transformador están dentro de 2%.

Los resultados de resistencia ohmica a devanados son homogéneos en sus cinco derivaciones.

En pruebas a boquillas los resultados de factor de potencia del aislamiento C1 de la boquilla H2 esta arriba del valor de aceptación y la capacitancia del aislamiento C2 de la boquilla H1 esta arriba del 5% indicado en normas.

Los resultados de la prueba de collar caliente son buenos.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

Una vez hecha la instalacion, y terminar la limpieza se continuo con los trabajos de secado los cuales finalizan el dia 4 de Julio sincronizando la

unidad el dia 5 de Julio del 2001 a las 6:20 hrs.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

ACCIONES PREVENTIVAS Se propone la instalación de un sistema de monitoreo en línea de corriente capacitivas en las boquillas del transformador, de la unidad 2, considerando que estas son similares a las falladas, e incluso ya ha ocurrido daño en una de ellas.Este sistema es un desarrollo conjunto de LAPEM-IIE, el cual ya ha sido probado durante tres meses en forma experimental y ha demostrado su efectividad. Se tiene un programa de pruebas eléctricas a boquillas para monitorear la tendencia de los valores de Capacitancia, así como de factor de potencia, parámetros que nos llevarían en un momento dado a tomar acciones preventivas. Efectuar el cambio de boquillas por otras de características similares de mejor calidad.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA CONCLUSIONES

En los transformadores, las boquillas de alta tensión son de la marca BRUSH SWITCHGEAR LTD, tipo OV245/900.Existe el antecedente de fallas similares en boquillas de esta misma marca y tipo instaladas en los transformadores principales de la C. T. Puerto Libertad, en una de estas fallas resulto dañado un transformador por explosión e incendio.En análisis anteriores, se ha determinado que el origen de las fallas es por deficiencias en el proceso de manufactura de las boquillas, al devanar el papel capacitivo que forma la parte interna, la falta de uniformidad en este proceso causa irregularidades en el papel que con el transcurso del tiempo ( aproximadamente entre 12 a 15 años ), dan origen a descargas parciales que desencadenan la falla final.

FALL

A E

N B

OQ

UIL

LA D

E TR

AN

SFO

RM

AD

OR

PRIN

CIP

AL

UN

IDAD

I C

.T.

SAM

ALA

YUCA

ANEXOS

• Pruebas dieléctricas de alta tensión al aislamiento principal de 5 boquillas capacitivas para transformador.

• Caracterización de los devanados del transformador mediante el método de análisis de respuesta a la frecuencia.

• Pruebas de diagnostico dielectricas al transformador principal.

• Programa de Trabajo para el restablecimiento del Transformador T-U1

• Protocolo de pruebas finales antes de energización