Modelado de fallas incipientes en el transformador trifásico de tres columnas

Abstract

With the increased consumption of electric power, electric the power systems must have a high degree of reliability and availability, essential for today's consumer demands. The transformer is one of the fundamental power system elements; it must be reliable and always available, therefore it is necessary to have models for their study in different situations of operation, such as: stability, load flow and faults. In this particular case, this research focuses on a model for transformer internal fault studies to detect in its early stages. In this thesis, it is proposed and implemented a three-phase transformer model of three limbs based on their primitive parameters. The results of the magnetic behavior of legs and yokes of the transformer in normal operation are presented. The saturation of the magnetic material, which is obtained by measurements and resulting characteristic is represented by means of an arctangent function. It should be noted that this model is valid for all types of transformers, considering that the only difference comes in the size of the resulting arrays of primitives, specifically the reluctances. The implemented model is tested with data from a real transformer and its results are compared with measurements made to the transformer, obtaining results very acceptable, considering that the measurements include the transformer core loss and the implemented model is considered only saturation. With the tested model is necessary to insert different internal faults, such as: between turns, turns to ground, aging and electrical arc. The desired goal is to obtain the transformer behavior in the presence of this kind of faults and to detect when they are emerging. This can later be used to perform diagnostic and protection schemes. The simulation of different types of faults applied to the transformer was carried out considering different winding positions and different number of turns involved in the failure in question. This gives the basis to know what type of failure and in what winding position is more dangerous to the transformer and to the power system.

Con el aumento del consumo de energía eléctrica los sistemas eléctricos de potencia deben tener un alto grado de confiabilidad y disponibilidad, indispensables para las exigencias del consumidor actual. El transformador es uno de los elementos de potencia fundamentales, éste debe ser confiable y estar siempre disponible, por lo tanto se hace necesario tener modelos que permitan su estudio ante diferentes situaciones de operación, como pueden ser: estabilidad, flujos de carga y fallas. En este caso en particular, esta investigación se centra en un modelo para el transformador en estudios de fallas internas para poder detectarlas en su estado incipiente. Se propone e implementa un modelo para el transformador trifásico de tres columnas en base a sus parámetros primitivos. Se presentan los resultados del comportamiento magnético de las piernas y yugos del transformador en operación normal. Se considera la saturación del material magnético, la cual se obtiene mediante mediciones y su característica resultante se representa mediante una función arcotangente. Cabe resaltar que dicho modelo es válido para todo tipo de transformadores, considerando que la diferencia solo se presenta en el tamaño de las matrices resultantes de los elementos primitivos, específicamente las reluctancias. El modelo implementado se prueba con datos de un transformador real y sus resultados se comparan contra las mediciones realizadas al transformador, obteniendo resultados muy aceptables, considerando que las mediciones hechas al transformador incluyen las pérdidas en el núcleo y en el modelo implementado se considera solo la saturación. Con el modelo probado se procede a insertar diferentes fallas internas, como son: entre espiras, espiras a tierra, envejecimiento y arco eléctrico. La finalidad que se persigue es que se conozca el comportamiento del transformador ante estas fallas y que se puedan detectar cuando son incipientes y posteriormente se puedan usar para realizar esquemas de diagnóstico y protección.