Classificação dos estágios de funcionamento dos transformadores elétricos em aerogeradores

Data
2022-12-21
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Resumo
Os transformadores usados em aerogeradores constituem uma classe de equipamentos com elevada importância no contexto do sistema elétrico de energia dos parques eólicos, devido à sua função e ao seu valor económico. Quando comparados com transformadores da rede de distribuição de energia, os transformadores dos aerogeradores funcionam, na maior parte do tempo, num regime variável e poderão ser submetidos a condições de operação específicas que acarretam consequências devastadoras para a sua vida útil. Com o objetivo de aumentar o período de vida útil destas máquinas têm sido implementadas estratégias de manutenção preventiva, que visam aumentar a confiabilidade e disponibilidade dos equipamentos através da redução da ocorrência de falhas. Contudo esta gestão é bastante complexa uma vez que os transformadores são constituídos por vários componentes suscetíveis de originar falhas. Como não é possível obter informação do estado do transformador, em tempo real, sem que se proceda à sua retirada de serviço, foi desenvolvido um método de diagnóstico que consiste na recolha de amostras de óleo isolante para análise de gases dissolvidos (DGA). Desta forma, foram realizados estudos por aplicação de métodos de diagnóstico DGA aos resultados obtidos de amostras de várias análises feitas ao estado atual de alguns transformadores de aerogeradores. Essas análises dizem respeito a diferentes transformadores de aerogeradores em diferentes parques eólicos da empresa EDP Renováveis. Estes transformadores de aerogeradores são de diferentes marcas, diferentes potências, localizados em áreas geográficas diferentes e por conseguinte instalados em aerogeradores que estão sujeitos a velocidades e variações de vento diferentes. A aplicação da ferramenta desenvolvida, permite diagnosticar e classificar de forma automática, usando o método TDCG (Total Dissolved Combustible Gas), o estado de saúde do dielétrico do transformador com base nos resultados das amostras recolhidas. A aplicação do método do triângulo Duval não foi realizada às amostras dos transformadores dos aerogeradores em que os resultados obtidos pela aplicação do método TDCG foram tidos como normais. Foi possível concluir que do total das amostras analisadas a grande maioria se localiza na região PD (Partial Discharge) o que significa que nestes transformadores ocorre atividade de descarga parcial de alta energia com possível ocorrência de arco, enquanto em cerca de 20% do total o diagnóstico indica uma falha do tipo DT (Electrical and Thermal Fault) e T3 (Thermal Fault, t > 700ºC) que corresponde a uma combinação de defeitos térmicos e elétricos e defeito térmico com temperatura superior a 700ºC, respetivamente.
The transformers used in wind turbines are a class of equipment of great importance in the context of the electrical energy system of wind farms, due to their function and their economic value. When compared to power distribution network transformers, wind turbine transformers operate, most of the time, in a variable regime and may be subjected to specific operating conditions that have devastating consequences for their useful life. In order to increase the useful life of these machines, preventive maintenance strategies have been implemented, which aim to increase the reliability and availability of equipment by reducing the occurrence of failures. However, this management is quite complex since transformers are made up of several components that are susceptible to cause faults. As it is not possible to obtain information on the status of the transformer, in real time, without removing it from service, a diagnostic method was developed which consists of collecting samples of insulating oil for dissolved gas analysis (DGA). In this way, studies were carried out by applying DGA diagnostic methods to the results obtained from samples of various analyzes carried out on the current state of some wind turbine transformers. These analyzes concern different transformers of wind turbines in different wind farms of the company EDP Renováveis. These wind turbine transformers are of different brands, different powers, located in different geographical areas and therefore subject to different wind speeds and variations. The application of the developed tool allows to automatically diagnose and classify, using the TDCG method (Total Dissolved Combustible Gas), the state of health of the transformer dielectric based on the results of the collected samples. The application of the Duval triangle method was not performed on samples of wind turbine transformers in which the results obtained by applying the TDCG method were considered normal. It was possible to conclude that the vast majority of the analyzed samples are located in the PD region (Partial Discharge), which means that in these transformers there is high energy partial discharge activity with possible arcing, while in about 20% of the total the diagnosis indicates a failure type DT (Electrical and Thermal Fault) and T3 (Thermal Fault, t > 700ºC), which corresponds to a combination of thermal and electrical faults and a thermal fault with a temperature above 700°C, respectively.
Descrição
Dissertação submetida à UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO para a obtenção do grau de MESTRE em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Palavras-chave
Energia Eólica , Aerogerador
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