Monitoreo en línea de transformadores: DGA, bujes y cambiador

Respuesta corta

El monitoreo en línea vigila de forma continua el estado de un transformador de potencia en servicio: gases disueltos y humedad en el aceite, capacitancia y tan δ de los bujes, temperaturas y punto caliente, y el comportamiento del cambiador de tomas. No reemplaza las pruebas fuera de servicio, pero detecta tendencias entre ellas y avisa a tiempo de una falla incipiente.

Qué es y dónde está

El monitoreo en línea es un conjunto de sensores instalados en el transformador de potencia y un equipo electrónico que procesa sus datos mientras el transformador está energizado. Se justifica en transformadores de alta y extra alta tensión, en autotransformadores de interconexión, en unidades de generación y en transformadores industriales críticos, donde una falla larga cuesta mucho más que el sistema.

El equipo de monitoreo suele ir en un gabinete al pie del transformador y se comunica con el SCADA o HMI de la subestación o con una plataforma de análisis.

Partes principales

Monitor de gases disueltos (DGA): de un gas (normalmente hidrógeno), de pocos gases o multigás.
Sensor de humedad en aceite.
Sensores de bujes conectados a la toma de prueba.
Temperaturas: aceite superior, ambiente y, cuando se especifica, sensores de fibra óptica en el devanado.
Monitoreo del cambiador de tomas: corriente o potencia del motor, posición y número de operaciones.
Corriente de carga desde un CT del transformador.
Unidad de adquisición con comunicaciones.

Cómo funciona

Gases disueltos. Las fallas incipientes descomponen el aceite y el papel y generan gases que se disuelven en el aceite. Los monitores de un gas, como los sensores de hidrógeno y humedad CoreSense de Hitachi Energy o el MHT410 de Vaisala, dan una alerta temprana. Los multigás separan los gases del aceite y los miden uno a uno: GE Vernova indica que su TRANSFIX mide nueve gases (hidrógeno, metano, etano, etileno, acetileno, monóxido y dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno) más humedad, por espectroscopía fotoacústica. La interpretación usa IEC 60599 o IEEE C57.104-2019, que evalúan el nivel de cada gas, su velocidad de aumento y el tipo de falla; en monitoreo continuo la velocidad de aumento es lo que más aporta. La muestra de laboratorio sigue siendo la referencia: vea toma de muestras de aceite.

Humedad. El sensor capacitivo mide la saturación relativa del agua en el aceite (de 0 a 100 %, o actividad de agua de 0 a 1). Con la temperatura se estima el contenido en ppm y, con modelos de equilibrio, la humedad del papel.

Bujes. En los bujes de alta tensión con toma de prueba, un adaptador mide la corriente capacitiva de cada buje. Hitachi Energy describe dos métodos: con tensión de referencia (de un PT) y por suma de corrientes de los tres bujes, que en un buje sano es casi nula y crece cuando uno de ellos cambia su capacitancia o su tan δ.

Temperatura y punto caliente. El envejecimiento del papel depende de la temperatura del punto más caliente del devanado. IEC 60076-7, la guía de carga, da modelos térmicos para calcularlo a partir de la carga, la temperatura del aceite superior y la ambiente; su edición de 2018 incluye un modelo con ecuaciones diferenciales adecuado para monitoreo en línea con carga variable. Los sensores de fibra óptica instalados en fábrica lo miden directamente.

Cambiador de tomas. El monitor registra posición, número de operaciones y la corriente o potencia del motor durante cada cambio. Una curva de par distinta de la habitual puede indicar problemas mecánicos en el mecanismo. Vea cambiador de tomas bajo carga.

Variable	Cómo se mide	Qué aporta
Gases disueltos	Monitor de un gas o multigás	Nivel de cada gas, velocidad de aumento y tipo de falla según IEC 60599 o IEEE C57.104-2019
Humedad	Sensor capacitivo de saturación relativa	Contenido en ppm y, con modelos de equilibrio, humedad del papel
Bujes	Adaptador en la toma de prueba	Cambios de capacitancia o tan δ de cada buje
Punto caliente	Modelo térmico de IEC 60076-7 o fibra óptica en el devanado	Envejecimiento del papel
Cambiador de tomas	Posición, número de operaciones y corriente o potencia del motor	Una curva de par distinta de la habitual puede indicar problemas mecánicos

Variantes y criterios de selección

Sensor de un gas y humedad: económico, para flotas grandes como alerta temprana.
Monitor multigás: para transformadores críticos o con un problema ya conocido.
Sistema integral: DGA, bujes, temperaturas, cambiador y enfriamiento en una sola plataforma.

Elija según la criticidad del transformador, su historial de gases, su edad, si los bujes tienen toma de prueba, si el cambiador lo justifica y cómo se integrará al sistema de control.

Datos clave de especificación

Gases medidos, rango y periodicidad de medida.
Compatibilidad con el líquido aislante (mineral o éster).
Número de bujes y método de medida.
Sensores de temperatura y número de puntos.
Alarmas configurables por nivel y por velocidad de aumento.
Protocolos: IEC 61850, Modbus o DNP3.
Condiciones ambientales del gabinete.

Integración con protección y control

El monitoreo no dispara: entrega alarmas y tendencias. Las protecciones propias del transformador siguen siendo la diferencial 87T y las protecciones mecánicas 63 y 26.

En IEC 61850-7-4 hay nodos para estas funciones: YPTR (transformador), SPTR (supervisión del transformador), SIML (supervisión del aislamiento líquido), STMP (supervisión de temperatura), ZBSH (buje), YLTC (cambiador de tomas) y SLTC (supervisión del cambiador). El informe técnico IEC TR 61850-90-3 amplía estos nodos para el monitoreo de condición.

Pruebas en puesta en servicio y mantenimiento

Verificación de cada sensor contra una referencia: muestra de laboratorio para DGA y humedad, termómetros para temperatura.
Línea base de bujes con la prueba de capacitancia y tan δ fuera de servicio al instalar.
Alarmas simuladas hasta el SCADA.
Comunicaciones y estampa de tiempo.
Mantenimiento según el fabricante: algunos monitores no usan consumibles; otros requieren gases de calibración o revisiones periódicas.

Fallas comunes y qué revisar primero

Lecturas de gases que no coinciden con el laboratorio: revise primero la toma de muestra y la válvula del monitor (aire, burbujas, aceite estancado).
Alarma de bujes en los tres a la vez: desbalance de la red o falla del adaptador, más que un buje dañado.
Punto caliente calculado incoherente: parámetros térmicos del modelo o CT de carga mal configurados.
Pérdida de comunicación y datos sin estampa.
Alarmas ignoradas por falta de un responsable que las revise.

Monitoreo con Tiza Group

¿Su monitor alarmó y no sabe si es el transformador o el sensor? En Tiza Group revisamos con usted las tendencias y la configuración de la integración de forma remota, junto con nuestra configuración remota de relés. En sitio hacemos las pruebas al transformador y la integración IEC 61850 del monitoreo, en subestaciones e industria de alta y extra alta tensión; escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 60599: interpretación del análisis de gases disueltos y libres.
IEEE C57.104-2019: interpretación de gases en transformadores en aceite mineral.
IEC 60076-7: guía de carga de transformadores en aceite mineral.
IEC 61850-7-4: nodos lógicos YPTR, SPTR, SIML, STMP, ZBSH, YLTC y SLTC.
IEC TR 61850-90-3: IEC 61850 para monitoreo, diagnóstico y análisis de condición.
IEC 60567: muestreo de gases y aceite y análisis de gases.

Preguntas frecuentes

¿El monitor de gases en línea reemplaza la muestra de laboratorio?

No. El monitor da la tendencia continua y avisa cuando algo cambia; el laboratorio da el análisis de referencia, con todos los gases y ensayos físico-químicos. Cuando el monitor alarma, lo habitual es tomar una muestra para confirmar antes de decidir.

¿Qué indica una alarma de hidrógeno en un monitor de un solo gas?

Que el hidrógeno subió por encima del umbral o creció más rápido de lo configurado. El hidrógeno aparece en casi todos los tipos de falla, por eso sirve como alerta temprana, pero no dice qué falla es. Para diagnosticarla hacen falta los demás gases, con un monitor multigás o una muestra de laboratorio interpretada con IEC 60599 o IEEE C57.104.

¿Cómo se monitorean los bujes en servicio?

Con un adaptador en la toma de prueba de cada buje que mide su corriente capacitiva. Comparando los tres bujes entre sí, o con una tensión de referencia, el monitor calcula cambios de capacitancia y de tan δ que indican deterioro del aislamiento.