Experimentally obtaining on-line FRA in transformers by injecting controlled pulses

Obtención experimental de FRA on-line en transformadores mediante la inyección de pulsos controlados

El monitoreo en transformadores basado en la condición de operación (pruebas en línea) ha tenido un gran auge en los últimos años debido a que facilita detectar oportunamente situaciones de riesgo o limitaciones de utilidad que permita tomar decisiones oportunas, antes de que ocurra una falla. Una de las técnicas en la cual se viene investigando con fuerza para el desarrollo en línea es el análisis de la respuesta en frecuencia (FRA), la cual se basa en obtener la respuesta en frecuencia (admitancia, impedancia, o función de transferencia) del transformador en un ancho de banda determinado. El siguiente artículo presenta un método experimental para obtener la respuesta en frecuencia con el transformador en servicio, por medio de la inyección de pulsos controlados sobre la señal de voltaje, usando un circuito electrónico externo. Una vez registradas las señales de voltaje y corriente, se usó la transformada Wavelet mediante el análisis multirresolución (MRA) para el filtrado, lo que permitió obtener resultados sin problemas de ruido del sistema eléctrico; luego se obtuvo la función de transferencia en términos de la impedancia usando la transformada rápida de Fourier (FFT). De acuerdo con los resultados obtenidos, el método propuesto es una alternativa para dar solución a algunos problemas que se han presentado en la técnica FRA en línea hasta el momento, tales como el filtrado y la repetitividad en los resultados. Las pruebas fueron realizadas sobre un transformador trifásico de 5 kVA, 1150/345 V y un transformador monofásico de 3 kVA, 7620/240 V, en el Laboratorio de Alta tensión de la Universidad del Valle.

Introducción

El análisis de la respuesta en frecuencia (FRA) es una técnica que se utiliza para evaluar el estado de los transformadores; se utiliza en todo el mundo como complemento y para apoyar otras técnicas de diagnóstico. Esta prueba permite detectar posibles problemas mecánicos, como desplazamientos o deformaciones en los devanados o en las placas del núcleo, que son bastante difíciles de localizar cuando se utilizan otros métodos.

Se utilizan dos métodos para obtener la respuesta en frecuencia en los transformadores según la naturaleza de la señal de entrada. El análisis de respuesta en frecuencia de barrido (SFRA) consiste en inyectar una señal sinusoidal de pequeña amplitud (1-20 VRMS) y frecuencia variable en un ancho de banda de Hz a MHz, aplicada a uno de los terminales. De este modo se mide la señal de salida en otro de sus ter- minales para obtener la función de transferencia del transformador, definida como el cociente entre las tensiones de entrada y de salida para todos los puntos de frecuencia que se miden.

El segundo método, el análisis de la respuesta en frecuencia de los impulsos (IFRA), utiliza una señal única no periódica de tipo impulso, con un valor máximo del orden de cientos de voltios y un amplio contenido de frecuencias. Se inyecta por cualquiera de los terminales accesibles del transformador como señal de excitación o de entrada; la señal de salida se mide, igualmente, en otro terminal del transformador y se obtiene así la respuesta en frecuencia.