Beneficios del monitoreo en línea de transformadores

1. Beneficios del monitoreo en línea de
Transformadores
Emilio Morales
Technical Application Specialist

2. Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores
Agenda
• Introducción
• Costo de inspección y mantenimiento
• Costo de resolución de falla
• Análisis de resolución de falla con monitoreo en línea
• Costo de generación perdida
• Costo de energía contractual no entregada
• Beneficios de sobrecarga con monitoreo en línea
• Diferimiento del reemplazo del transformador
• Costo del sistema de monitoreo
• Evaluación global
• Preguntas y Respuestas
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012

3. introducción
El análisis de costo/beneficio del monitoreo del transformador es una tarea
difícil
Los siguientes conceptos se deben considerar en el análisis económico:
• Reducción de costos de inspección y mantenimiento
• Reducción de fallas relacionados con los costos de reparación o reemplazo
• Mejora de la capacidad de carga del transformador en tiempo real
• Diferimiento de costos de capital por actualización debido al incremento de
carga
• Diferimiento de costos de capital por remplazo debido a edad o condición
del equipo
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

4. Otros beneficios:
• Mejora de confiabilidad y disponibilidad del sistema
• Mejora de planeación de los cortes programados
• Mejora resultados financieros con regulación basada en rendimiento
• Prácticas de diseño y operación optimizadas
• Reducción de costos de puesta en marcha
• Mayor vida útil del equipo
• Mejora de la seguridad del personal
• Mejora de la seguridad del medio ambiente
• Retención del conocimiento de personal calificado (sistema experto)
• Mejora en el acceso de todo el sistema a los conocimientos clave
utilizando herramientas de la Web
• Mejora de la administración del trabajo
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

5. Algunos valores económicos preliminares que deben ser establecidos:
• Reducción de la tasa de fallas esperada
• Costo de operar con un sistema de transmisión degradado
• Valor de la energía no generada
• Valor de la energía contractual no entregada
Un costo potencial asociado con el monitoreo es el costo de los recursos
asociados a:
• Evaluación / interpretación de los datos
• Respuesta a falsas alarmas
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

6. Costo de inspección y mantenimiento
• En muchos casos, el monitoreo adicional puede reducir la frecuencia de las
inspecciones manuales
• En transformadores de gran tamaño, es común tener una visita mensual y una
anual mas detallada
• Una inspección más elaborado, con corte de energía, se lleva a cabo
típicamente cada 6 años
• No existe un sistema de monitoreo que puede sustituir por completo la
inspección visual, por lo tanto, ningún ahorro se considera en el cálculo del
ejemplo
• Una actividad de mantenimiento se ocupa específicamente de los cambiadores
de tomas de bajo carga (LTC). Un ahorro podrían obtenerse en esta actividad, si
se implementa un sistema confiable de monitoreo del LTC
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

7. Costo Anualizado
Costo de mantenimiento preventivo Valores Sin
monitoreo
con
monitoreo
Costo de mantenimiento preventivo del LTC sin monitoreo $ A $ A
Número de años entre mantenimientos sin monitoreo 4 4
Costo de mantenimiento preventivo del LTC con monitoreo $ A $ A
Número de años entre mantenimientos con monitoreo 6 6
Subtotal: Costo de mantenimiento preventivo anualizado $0.25 A $0.17A
Beneficio anual por reducción de mantenimiento preventivo $0.08A
Beneficio del mantenimiento preventivo por monitoreo en línea de los LTC
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores
Beneficio del monitoreo: $0.25A – $0.17A = $0.8A / año

8. Costo Anualizado
Costo de mantenimiento preventivo Valores Sin
monitoreo
con
monitoreo
Costo de mantenimiento preventivo del LTC sin monitoreo $5000 $5000
Número de años entre mantenimientos sin monitoreo 4 4
Costo de mantenimiento preventivo del LTC con monitoreo $5000 $5000
Número de años entre mantenimientos con monitoreo 6 6
Subtotal: Costo de mantenimiento preventivo anualizado $1250 $833
Beneficio anual por reducción de mantenimiento preventivo $417
Beneficio del mantenimiento preventivo por monitoreo en línea de los LTC
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores
Beneficio del monitoreo: $1250 – $833 = $417 / año

9. Costo de resolución de falla
• Ahorros que se pueden conseguir en costos de reparación
• Prevenir fallas mayores (o catastróficas) y convertirlos en fallas que sean
reparadas a un costo reducido durante un paro programado
• Para evaluar los ahorros en el costo de resolución de falla, hay ciertos
valores preliminares tales como la reducción esperada en la tasa de
fallas que deben ser estimados
Impacto del monitoreo en la tasa de falla
• Dispositivos existentes pueden detectar algunas fallas incipientes.
• Fallas instantáneas no susceptibles a una detección oportuna
• Fallas de rápida evolución que no pueden ser detectadas correctamente
por los medios existentes, pero podrían ser detectadas mediante un
monitoreo adecuado
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

10. Tasa de falla del transformador:
1%
0.01
Detectable con medios
existentes: 30%
No detectable con medios
existentes: 70%
No detectado: 40% (incluyendo
fallas instantáneas)
Fallas no catastróficas
evitadas: 99%
Detectado con monitoreo en
línea: 60%
Fallas catastróficas evitadas:
1%
0.0070.003
0.00280.0042
0.000042 0.004158
Desglose de la probabilidad de falla
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

11. Sin monitoreo
(Condición actual)
Con monitoreo
Falla mayor ocurriendo sin previo aviso 0.007 0.0028
Falla mayor prevenida por detección
oportuna de falla (Incluye falla catastrófica)
0.003 0.0072
Total 0.01 0.01
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Sin monitoreo
(Condición actual)
Con monitoreo
Falla mayor ocurriendo sin previo aviso 0.00693
(99% of 0.007)
0.002772
(99% of 0.0028)
Falla catastrofica 0.00007
(1% of 0.007)
0.000028
(1% of 0.0028)
Reparación predictiva adicional 0 0.0042
Costo de reparación de falla mayor sin previo aviso $ 7.5B
Costo de reemplazo y daño colateral en caso de falla catastrófica $25.0B
Costo de reparación predictiva para sistemas con detección oportuna $ 1.0B
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

12. Costo Anualizado
Costo de resolucion de falla valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.0070 0.0070
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Proporción de fallas que son catastróficas 1% 0.000070 0.000028
Costo de resolucion de fallas mayores
Costo de reparacion de falla mayor $7.5B $0.052B $0.021B
Costo de reparacion por deteccion oportuna $1.0B $0.0042B
Costo de resolucion de fallas catastroficas
Reemplazo y daños colaterales $25B $0.0018B $0.00070B
Costo de reparacion por deteccion oportuna $1.0B $0.000040B
Costo de resolucion de falla anualizado $0.054B $0.026B
Beneficio anualizado por el costo de resolucion de falla $0.028B
Análisis de resolución de falla con monitoreo en línea
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

13. Costo Anualizado
Costo de resolucion de falla valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.0070 0.0070
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Proporción de fallas que son catastróficas 1% 0.000070 0.000028
Costo de resolucion de fallas mayores
Costo de reparacion de falla mayor $1500 $10500 $4200
Costo de reparacion por deteccion oportuna $200 $840
Costo de resolucion de fallas catastroficas
Reemplazo y daños colaterales $5000 $350 $140
Costo de reparacion por deteccion oportuna $200 $8.4
Costo de resolucion de falla anualizado $10850 5188.4
Beneficio anualizado por el costo de resolucion de falla $5661.6
Análisis de resolución de falla con monitoreo en línea
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

14. Costo anualizado
Costo de potencia no generada Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.0070 0.0070
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Potencia promedio no generada (MW) 20 20
Duración del corte o duración del período de
generación critico (días)
30 30
Costo de la energía de reemplazo ($/MWh) C C C
Subtotal: Costo de potencia no generada $100C $40C
Beneficio anual por potencia adicional generada $60C
Costo de potencia no generada
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Costo de generación perdida
• Cada caso es diferente y los parámetros que se muestran en esta tabla
se presentan como un ejemplo
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

15. Costo anualizado
Costo de potencia no generada Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.0070 0.0070
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Potencia promedio no generada (MW) 20 20
Duración del corte o duración del período de
generación critico (días)
30 30
Costo de la energía de reemplazo ($/MWh) $50 $50 $50
Subtotal: Costo de potencia no generada $5040 $2016
Beneficio anual por potencia adicional generada $3024
Costo de potencia no generada
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Costo de generación perdida
• Cada caso es diferente y los parámetros que se muestran en esta tabla
se presentan como un ejemplo
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

16. Costo de energía contractual no entregada
• La mayoría de las redes de transmisión tienen capacidad suficiente para
sostener la falla de un transformador sin interrupción del servicio a el
usuario
• Sin embargo, la red, entonces estará operando bajo una condición
degradada y podría no ser capaz de sostener un segundo incidente sin
interrupción del servicio para el usuario final
• Esto en algunos casos nos lleva causa multas por contratos incumplidos
• El costo contractual es el valor establecido por las agencias reguladoras
como multa por no entregar la energía
• El costo de la interrupción es muy sensible a la duración de la
interrupción y el tipo de carga
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

17. • El costo del riesgo asociado con una segunda contingencia es el
producto de la probabilidad de una segunda contingencia que ocurra
durante el corte del transformador, multiplicado por la consecuencia
económica de ese evento
• Podría ocurrir como resultado de una falla de menor importancia en el
transformador de respaldo o equipos asociados
• Fallas menores son los que deben ser consideradas
• Pueden durar desde unas pocas horas hasta varios días y pueden tener
consecuencias económicas significativas si la alimentación es
interrumpida
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

18. El costo del riesgo asociado a una segunda contingencia se calcula de la
siguiente manera:
• Probabilidad de una segunda contingencia =
0.007 × 0.15 × 150/365 = 0.000432
• Costo de interrupción de un suministro de 80 MW durante 10 horas a un precio
multa de D$/MWhour
Cost = 80 MW × 10 hours x $D/MWh = $800D
• Costo del riesgo es el producto de la probabilidad del evento multiplicado por las
consecuencias de este evento
Costo del riesgo de una segunda contingencia= 0.000432 × $800D = $0.3456D/year
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

19. Costo Anualizado
Multa por incumplimiento de contratos Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.007 0.007
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Duración del corte en transformador principal (días) 150 150 150
Probabilidad de falla menor en el transformador de respaldo 0.15 0.15 0.15
Duración de falla menor en el transformador de respaldo (horas) 10 10 10
Potencia no suministrada (MW) 80 80 80
Valor de energia no suministrada ($/MWh) D D D
Subtotal: Costo de energía contractual no entregada $0.3452D $0.1381D
Beneficio anual por potencia adicional generada $0.2071D
Beneficio anual sobre potencia contractual no entregada debido a monitoreo en línea
Beneficio del monitoreo: $0.3452D – $0.1381D = $0.2071D / año
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Costo de energía contractual no entregada
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

20. Costo Anualizado
Multa por incumplimiento de contratos Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Tasa actual de fallas no detectables 0.007 0.007
Eficiencia esperada del sistema de monitoreo 60% 0.0028
Duración del corte en transformador principal (días) 150 150 150
Probabilidad de falla menor en el transformador de respaldo 0.15 0.15 0.15
Duración de falla menor en el transformador de respaldo (horas) 10 10 10
Potencia no suministrada (MW) 80 80 80
Valor de energia no suministrada ($/MWh) $10000 $10000 $10000
Subtotal: Costo de energía contractual no entregada $3452 $1381
Beneficio anual por potencia adicional generada $2071
Beneficio anual sobre potencia contractual no entregada debido a monitoreo en línea
Beneficio del monitoreo: $3452D – $1381D = $2071 / año
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Costo de energía contractual no entregada
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

21. Beneficios de sobrecarga con monitoreo en línea
• Sobrecarga implica un grado de riesgo y acelera el envejecimiento
• Para una sobrecarga a corto plazo, el principal riesgo es la
reducción de la rigidez dieléctrica debido a la liberación de burbujas
de gas
• Bajo condiciones de sobrecarga, algunos componentes pueden
desarrollar altas temperaturas
• Para sobrecargas de larga duración, la principal consecuencia es el
envejecimiento térmico del aislamiento sólido
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

22. Efecto de monitoreo en línea en la capacidad de sobrecarga
• Los riesgos pueden reducirse significativamente
• Margen de carga adicional
• Proporciona apoyo importante a el operador cuando el transformador
esta bajo condiciones de sobrecarga
• Proporcionar una evaluación dinámica de la degradación del
aislamiento.
• Pérdida relativa de vida se puede convertir en costo
• Costo de pérdida de vida debe ser restado de los beneficios aparentes
• Útil cuando se calcula el costo de la transmisión de energía adicional
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

23. Evaluación Costo/Beneficio de la sobrecarga
Para el caso específico de sobrecarga de un transformador, los siguientes
parámetros deben ser considerados con el fin de cuantificar los beneficios:
• Carga adicional
• Costo de reemplazo del transformador
• Duración normal de vida(150 000 hours for a Hot Spot (HS) of 110 ºC)
• Pérdida de vida del transformador
• Factor de aceleración de envejecimiento (AAF) aumenta
exponencialmente con la temperatura
• Carga continua al 110% lleva al HS a 120 º C y un AAF de 2.7
• Carga continua al 120% lleva al HS a 135 º C y un AAF de 11
• Valor económico de la sobrecarga
• Pérdida neta de la vida del transformador
• Muy alto valor de la energía extra
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

24. Costo anualizado
Beneficio de la capacidad de sobrecarga Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Carga adicional sin monitoreo (MW) 10 10
Carga adicional con monitoreo (MW) 20 20
Duracion de sobrecarga (hours) 100 100 100
Probabilidad de ocurrencia de sobrecarga 0.20 0.20 0.20
Valor de la energia entregada ($/MWh) (G) (G) (G)
Duración normal de vida del transformador (hours) 150000 150000 150000
Costo de reemplazo del transformador F F F
Factor de aceleración de envejecimiento a 110% de carga 2.7 2.7
Factor de aceleración de envejecimiento a 120% de carga 11.0 11.0
Valor bruto de energía adicional entregada ($200G) (400G)
Valor de la pérdida adicional de vida del transformador $0.00023F $0.0013F
Subtotal: El costo por el poder contractual no entregados $(200G) –
0.00023F
$(400G) –
0.0013F
Beneficio anual por potencia adicional generada $(200G) –
0.0011F
Beneficios de sobrecarga con monitoreo en línea
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

25. Costo anualizado
Beneficio de la capacidad de sobrecarga Valores Sin
monitoreo
Con
monitoreo
Carga adicional sin monitoreo (MW) 10 10
Carga adicional con monitoreo (MW) 20 20
Duracion de sobrecarga (hours) 100 100 100
Probabilidad de ocurrencia de sobrecarga 0.20 0.20 0.20
Valor de la energia entregada ($/MWh) 80 80 80
Duración normal de vida del transformador (hours) 150,000 150,000 150,000
Costo de reemplazo del transformador 2,000,000 2,000,000 2,000,000
Factor de aceleración de envejecimiento a 110% de carga 2.7 2.7
Factor de aceleración de envejecimiento a 120% de carga 11.0 11.0
Valor bruto de energía adicional entregada $16,000 $32,000
Valor de la pérdida adicional de vida del transformador $460 $2,600
Subtotal: El costo por el poder contractual no entregados $15,540 $29400
Beneficio anual por potencia adicional generada $13,860
Beneficios de sobrecarga con monitoreo en línea
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

26. Diferimiento del reemplazo del transformador
• Evaluación exhaustiva de condición se realiza normalmente
• Implica una serie de pruebas eléctricas y químicas
• El valor económico de la monitorización en línea es difícil de evaluar
• Vale la pena intentar una evaluación de la contribución económica que se
podría esperar de monitoreo on-line
• Reemplazo del transformador se considera si la tasa de falla aumenta
más allá del nivel aceptable
• Inconveniencia de la interrupción no programada de un transformador
• Detección oportuna de fallas incipientes reduce el riesgo de fallas
inesperadas e interrupciones no programadas
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

27. • Si la mitad de las fallas mayores se pueden evitar y se convierten en
fallas menores, se mejora la confiabilidad y el transformador se puede
operar por unos pocos años adicionales antes de que se alcance un
nivel inaceptable de la probabilidad de interrupción no programada
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

28. • Si "H" se define como el costo de una unidad nueva de reemplazo
incluyendo la eliminación y el costo de instalación. Valor de aplazar el
reemplazo a una tasa de interés del 6% es un valor de $ 0.06H
anualmente.
• A medida que la flota de transformadores envejece, el escenario de
reemplazo será cada vez más relevante.
• Cuantificación de la relación económica entre un monitoreo de condición
mas estricto y la capacidad de servicio de la unidad conforme se acerca
al final de su vida útil.
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

29. Costo Anualizado
Beneficio de diferir el remplazo del transformador Valores Sin
monitoreo
con
monitoreo
Costo de reemplazo del transformador $20000000
Taza de interés anual 3%
Beneficio anual Diferimiento del reemplazo del
transformador
$60000
Diferimiento del reemplazo del transformador
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores
Beneficio de monitoreo: $60000 / año / transformador
El beneficio por el diferimiento del remplazo es directamente proporcional a
la taza de interés y el costo de capital de la nueva unidad

30. Costo del sistema de monitoreo
• Costo de adquisición del sistema de monitoreo (incluir la
preparación de la solicitud de compra y evaluación
técnica)
• Instalación (incluir la planificación del trabajo,
documentación y puesta en servicio)
• Infraestructura y
• Costo de operación anual (mantenimiento, comunicación
y manejo de datos).
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

31. • En el siguiente ejemplo, "J" representa el costo del sistema
de monitoreo seleccionado, "K" representa el costo de
instalación y "L" representa el costo anual del soporte para
el sistema de monitoreo
Costo del sistema de monitoreo Valores Costo anual
sin monitoreo
Costo anual con
monitoreo
Vida esperada del sistema de monitoreo (años) 20
Costo del sistema de monitoreo $J $0.05J
Costo de instalación $K $0.05K
Soporte para el sistema de monitoreo ($/year) $L $L
Costo de monitoreo total anual $0 $0.05J + 0.05K + L
Evaluación del costo anual del monitoreo del transformador
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

32. • En el siguiente ejemplo, "J" representa el costo del sistema
de monitoreo seleccionado, "K" representa el costo de
instalación y "L" representa el costo anual del soporte para
el sistema de monitoreo
Costo del sistema de monitoreo Valores Costo anual
sin monitoreo
Costo anual con
monitoreo
Vida esperada del sistema de monitoreo (años) 20
Costo del sistema de monitoreo $40000 $2000
Costo de instalación $5000 $250
Soporte para el sistema de monitoreo ($/year) $500 $500
Costo de monitoreo total anual $0 $2750
Evaluación del costo anual del monitoreo del transformador
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

33. Evaluación global
• Considerar un transformador nuevo sin requerimientos contractuales,
con LTC y probabilidad de sobrecarga. El beneficio potencial es el
siguiente:
Reducción de mantenimiento del LTC $0.08A
+ Resolución de falla $0.028B
+ Capacidad de sobrecarga $(200G)-.0011F
– Costo del monitoreo $0.05J + 0.05K + L
= Beneficio anual total
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

34. Evaluación global
• Considerar un transformador nuevo sin requerimientos contractuales,
con LTC y probabilidad de sobrecarga. El beneficio potencial es el
siguiente:
Reducción de mantenimiento del LTC $ 417
+ Resolución de falla $ 5662
+ Capacidad de sobrecarga $13860
– Costo del monitoreo $ 2750
Beneficio anual total = $17189
Taken from the IEEE Std. C57.143-2012
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores

35. Preguntas?
Beneficios del monitoreo en línea de Transformadores