Reposición rápida del servicio en caso de fallo de transformadores de potencia

La continuidad y la calidad del suministro eléctrico son los dos objetivos operativos más impor­tantes de las compañías eléctri­cas. La gestión de la creciente demanda de energía requiere nuevas inversiones y una utilización aún más eficaz de los equipos existentes. En este contexto, las compañías eléctricas necesitan adoptar estrategias para minimizar los costes de explotación y mantenimiento y, al tiempo, reducir el número de cortes forzados del suministro y las tasas de fallo.

Los transformadores de potencia repre­sentan un activo significativo en la cadena de suministro de las compañías eléctricas. Son uno de los componentes más importantes y costosos, y los nodos más cruciales en las redes de transporte de alta tensión. Losgrandes transformadores de po­tencia son una
cuestión de gran relevancia para cualquier compa­ñía de suministro eléctrico por lo que res­pecta a la fiabilidad. Son fundamentales para el funcionamiento del sistema de su­ministro y su sustitución requiere una inver­sión considerable de tiempo y dinero. Un transformador es un componente comple­jo que lleva detrás un coste elevado, cono­ cimientos de ingeniería y esfuerzo de fabri­cación. Además, los plazos de entrega son relativamente largos y precisan un mante­nimiento adecuado para optimizar el funcionamiento y la esperanza de vida.

Según la importancia estratégica de la uni­dad, la inactividad inesperada de un trans­formador puede derivar en pérdidas impor­tantes de producción o de ingresos para la compañía y repercutir gravemente en el sistema. En casos extremos, un fallo pue­de provocar un apagón, con el correspon­diente deterioro de la imagen pública de la compañía, quejas de los clientes y sancio­nes administrativas.

Figura 1: El politransformador: los módulos de transformador monofásico más pequeños

se combinan para construir una unidad mayor

 

Figura 2: Concepto modular: transformador móvil de 400 kv para emergencias

Si se desea evitar estos problemas, es ne­cesario planificar contingencias para poder reaccionar ante el fallo de los transforma­ dores que provocaría caídas prolongadas de éstos. Hay diferentes estrategias de planificación de contingencias para inci­ dentes relacionados con los transformado­ res de potencia. Entre ellas:

·       Redes malladas

·       Transformadores redundantes

·       Normalización de transformadores

·       Unidades de repuesto

·       Politransformadores

·       Transformadores móviles.

La adquisición de un transformador nuevo con las especificaciones necesarias lleva entre varios meses y más de un año. La instalación de una unidad de repuesto existente podría llevar de semanas a meses, puesto que exige el transporte, el remolque, el montaje y otras actividades si esta nueva unidad no está en el mismo lugar que la averiada. Los planes de recu­peración de emergencia con una respues­ta rápida son esenciales, y los transforma­dores móviles pueden desempeñar un papel importante en este contexto.

Los transformadores móviles no son un concepto nuevo. Sin embargo, tradicional­ mente han estado limitados a aplicaciones de 230 kV. Las características típicas de un transformador móvil abarcan de 35 kV a 245 kV, con potencias eléctricas que van de 5 MVA a 100 MVA en unidades trifási­cas. Para reducir al mínimo las dimensio­nes y el peso se utiliza normalmente aisla­miento de alta temperatura. Suelen transportarse completamente montados y llenos de aceite para poder instalarlos con rapidez.

El peso y las dimensiones son las principa­les limitaciones para fabricar transformado­res móviles para valores nominales supe­riores a 230 kV. Por tanto, la capacidad de los transformadores móviles se ha limitado hasta la fecha a ese nivel de tensión. ABB ha estado trabajando a fin de abordar este reto y ofrecer soluciones para los planes de contingencia de reacción rápida en las re­des de transporte de energía eléctrica de alta tensión.

El concepto

Los transformadores de potencia supe­rior a 100 MVA son relativamente gran­des y pesados. Su transporte requiere vehículos específi­cos, evaluaciones exhaustivas y planifi­cación, sin olvidar los permisos administrativos necesarios, que pueden llevar mucho tiempo (figura 3).

Por tanto, ABB se propuso afrontar tales retos de valores MVA y facilidad de trans­porte para los transformadores móviles. El requisito era desarrollar un transformador de valores nominales altos y con dimensio­nes reducidas, de modo que pudiera supe­rar las limitaciones para su transporte por carretera, utilizando además procedimien­tos administrativos sencillos.

Figura 3: Transporte por carretera de un gran transformador estándar que precisa vehículos y permisos especiales

Figura 4 Transformador móvil listo para el transporte

ABB adoptó un enfoque modular, en el que se combinan módulos monofásicos de trans­formador más pequeños para formar una unidad mayor(figura 1). Por ejemplo, dos módu­los monofásicos para una unidad mayor de una sola fase, y tres módulos para una uni­dad trifásica (figura 2). Para optimizar el tamaño, se utilizan transformadores tipo acorazado, entre cuyas ventajas se pueden citar:

• Diseño compacto, con un núcleo magnético que contiene los devanados para responder a las restricciones relativas al transporte y el remolque.
• Funcionamiento en posición horizontal que facilita el transporte y permite la opti­mización del diseño del transformador.

El transformador se monta en un vehículo con plataforma para permitir un transporte más rápido por carretera con un mínimo de permisos administrativos. Se escogió el aislamiento tradicional con celulosa porque el aislamiento de alta temperatura no se había utilizado hasta ahora para aplicacio­nes por encima de 230 kV. En la actualidad hay investigaciones en curso sobre la utili­zación de aislamiento de alta temperatura para aumentar los valores nominales con las mismas dimensiones o para mantener­los, reduciendo el peso.

 

Un aspecto importante es la rápida instala­ción de estos transformadores. Si se supe­ran las limitaciones de transporte que rigen el peso y las dimensiones, las unidades deben transportarse parcialmente desarmadas y sin el aceite de aislamiento.

El diseño de los transformadores se puede hacer a la medida de la aplicación y su ob­jetivo es reducir al mínimo el trabajo de desmontaje. También pueden fabricarse de modo que su transporte y montaje se reali­ce con los refrigeradores situados en el ve­hículo. En función del tipo de conexiones externas, los casquillos de alta tensión de­ben retirarse durante el transporte, aunque pueden utilizarse conectores enchufables.

Figura 5

Los trabajos de montaje final han de planifi­carse detenidamente de modo que se ten­gan en cuenta todos los aspectos prácticos: rellenar de aceite, realizar la puesta en servi­cio y efectuar pruebas, mientras se minimiza el tiempo necesario para poner la unidad en funcionamiento. El tiempo de instalación puede reducirse si la unidad se almacena de modo que esté lista para la expedición, si el personal encargado ha recibido la forma­ción adecuada para llevar a cabo su trabajo y si los procesos están bien definidos.

Con este concepto, el tiempo de reacción puede mejorarse de varias semanas o me­ses a 10–15 días, movilización y transporte incluidos. Esto representa mayores venta­jas para que las compañías eléctricas pue­dan restablecer con rapidez los transfor­madores averiados en la red de transporte de energía eléctrica.

Funciones principales del transformador móvil de alta tensión:

• Concepto modular para aplicaciones de 345 kV, 400 kV y 525 kV.
• Posibilidad de despliegue rápido.
• Transporte rápido y sencillo.
• Son posibles unidades de politransformador para cubrir un número mayor de tensiones.
• Preparados para medición inteligente.

Ventajas y aplicaciones de los transformadores móviles de mayores prestaciones:

• Planes de emergencia con respuesta rápida y flexibilidad para recuperar el servicio en subestaciones críticas en el caso de fallos de transformadores con un objetivo de tiempo limitado.
• Instalaciones temporales para acontecimientos importantes y para permitir una mayor capacidad en áreas críticas en el caso de picos de carga estacionales o para eventos especiales.
• Reducción de las primas de seguro.
• Reducción de los problemas de seguridad nacional.
• Reducción del riesgo de apagones, ahorro de multas administrativas por interrupción del servicio y reducción de las reclamacio­nes y protestas de los clientes.
• La amortización de la inversión es inmediata una vez que se necesita y el coste de oportunidad es muy alto.

Figura 6

Un caso práctico

El concepto de transformador móvil de ins­talación rápida se desarrolló como apoyo a los planes de contingencia estratégicos de la compañía española explotadora de sistemas de transporte y propietaria del sistema de 400 kV, Red Eléctrica Espa­ñola (REE). Se trata de la primera referen­cia mundial de transformador móvil de 400 kV.

Se adoptó un enfoque de colaboración en­tre las partes para aprovechar las sinergias entre ABB y la compañía de suministro eléctrico. El valor de 117 MVA de los mó­dulos monofásicos y otras características como la impedancia se seleccionaron para poder sustituir el transformador normaliza­do (unidades monofásicas de 200 MVA) de la compañía y ofrecer un valor mayor como una unidad trifásica (350 MVA), al tiempo que se cumplían las restricciones relativas a las dimensiones para el transporte por carretera.

Se desarrolló un politransformador con 400 kV en el lado de la alta tensión y la opción de elegir entre 230 kV o 138 kV en el de la baja tensión, y tres niveles diferen­tes de tensión en el terciario (33 kV, 26,4 kV y 24 kV). Se amplió la utilidad y el campo de aplicación de estos transformadores de modo que pudieran sustituir muchas de las unidades (monofásicas o trifásicas) de las que disponía la compañía.

La posibilidad de utilizar un conmutador de tomas de corriente se descartó para no añadir peso y volumen. Sin embargo, se incluyó un conmutador de tomas de co­rriente desactivado para añadir funcionali­dad y cierta capacidad de regulación fuera de línea.

El objetivo principal del proyecto fue obte­ner los máximos valores dentro de las res­tricciones existentes para el transporte por carretera. Se empleó un transformador de tipo acorazado en posición horizontal. El producto final representaba menos de 60 toneladas para el transporte, y menos de 3,4 m de altura y de 2,7 m de anchura.

El transformador se preparó para el trans­porte móvil y se montó en un vehículo de transporte por carretera, sin aceite ➔ 5. Se acordó con la compañía que se transporta­ría con los casquillos y los refrigeradores desmontados. Se elaboró un exhaustivo plan de montaje en colaboración con la compañía eléctrica para minimizar el tiem­po de montaje in situ y se facilitó la adecua­ da formación al personal de servicio. La compañía se encargó también de adoptar todas las medidas necesarias para la inter­conexión con el sistema, los descargado­res y los aisladores de las conexiones de las líneas, conexiones de cables, controles, etc. Se abordaron asimismo los aspectos relativos a la seguridad y el medio ambien­te por medio de la utilización de un reci­piente portátil de aceite en caso de que se produjeran fugas de aceite.

Se han fabricado tres unidades de 400 kV. A fin de estar preparados para una situa­ción de emergencia, la compañía eléctrica realizó una instalación de prueba que le permitió comprobar el rendimiento, el tiempo de reacción y el nivel de formación del personal en un solo ejercicio. Ésta conside­ró satisfactorio el resultado de la prueba, que en una situación real habría represen­tado una recuperación rápida del servicio.

 

FUENTE:

Miguel Oliva :ABB Power Products Córdoba, España

Revista ABB 4/10: Transformadores móviles