Detecting Breaker Failure Using Online Monitoring

Introducción

Un gran proveedor de energía renovable estaba buscando una manera de evitar interrupciones no planificadas relacionadas con los interruptores automáticos que usan a diario para cambiar entre el generador y la energía solar en una de sus ubicaciones. En el año anterior, un interruptor se había desacelerado hasta el punto de que el esquema de falla del interruptor se vio obligado a operar, lo que provocó que experimentaran una interrupción en la planta. Después de realizar el mantenimiento de lubricación del interruptor y llevar los tiempos de interrupción a límites aceptables, en mayo de 2021 se instaló un monitor de rendimiento del interruptor (BPM) de Dynamic Ratings para monitorear la salud del equipo. Esto se hizo utilizando sensores no intrusivos para simplificar la instalación y evitar la introducción de nuevos errores. El BPM proporciona al usuario final un monitoreo continuo en línea de los tiempos de interrupción del equipo para cada operación. El monitoreo basado en la condición proporciona una visibilidad completa del rendimiento del interruptor, mitigando el riesgo hasta que se realice una interrupción programada en enero de 2022. Durante la interrupción planificada, se podrá realizar un examen más completo del mecanismo del interruptor más allá de la acción correctiva a corto plazo de simple lubricación que se tomó anteriormente en mayo.

Interruptor funcionando normalmente

El Reto

El monitor de rendimiento del interruptor proporciona firmas de bobina de disparo para cada operación. Como se indica en las comparaciones de captura de forma de onda de las operaciones iniciales después de la instalación de mayo, el interruptor estaba operando de manera consistente y estaba dentro de los parámetros de tiempo de interrupción nominales de la placa de identificación. Debido a la responsabilidad de este interruptor de cambiar entre generación de vapor y energía solar, hubo un mínimo de dos operaciones de interruptor por día, lo que permitió recopilar una gran cantidad de datos sobre la condición mecánica del interruptor durante un período de tiempo relativamente corto.

El interruptor continuó operando dentro de las especificaciones, produciendo firmas de forma de onda de la bobina de disparo perfectamente coincidentes hasta octubre de ese año, momento en el que se observó una desviación de alrededor de 4 ms en la forma de onda de la bobina de disparo. Esta desaceleración del interruptor continuó progresando con las operaciones posteriores, hasta que el tiempo de interrupción duplicó el tiempo de interrupción nominal, como se ilustra en las formas de onda capturadas a fines de noviembre.

La Solución

La superposición de formas de onda de la bobina de disparo de mayo a noviembre muestra la desaceleración mecánica gradual de la operación del interruptor automático. Esta información permitió al administrador de activos determinar si se requería una acción inmediata o si se podía realizar el mantenimiento durante la interrupción planificada de enero. Después de una revisión con el proveedor, se determinó que era necesaria una interrupción inmediata para poder aplicar lubricación adicional para evitar una operación de falla del interruptor. Los tiempos de interrupción del interruptor ya excedían los ajustes de tiempo del esquema de relé de falla del interruptor, pero debido a las deficiencias mecánicas en la forma en que se abría el interruptor, no estaba asegurando la lógica del esquema de falla del interruptor. Las corrientes de fase caían por debajo de los umbrales durante la parte inicial de la operación de disparo, lo que provocaba que los relés detectaran una operación completamente abierta cuando en realidad no había ocurrido. El monitor detectó esto como una nueva activación y envió una alarma al equipo de gestión de activos. Cuando el interruptor se retiró del servicio para mantenimiento, se realizaron pruebas de temporización fuera de línea que verificaron que el monitor proporcionó una notificación precisa de la desaceleración del interruptor dos meses antes. El monitor no solo proporcionó información de que el interruptor excedía el tiempo de interrupción, sino que también brindó un diagnóstico preciso de los problemas de lubricación que causaban operaciones lentas mediante la comparación y evaluación de las firmas de forma de onda.

Operación final antes del disparo del interruptor

Superposición de forma de onda

Breaker Performance Monitor

Conclusión

El monitor de rendimiento del interruptor pudo detectar cambios en el rendimiento del interruptor mucho antes de que se utilizaran los relés de protección. Permitió un periodo de tiempo considerable para programar las reparaciones antes de que el mal funcionamiento del interruptor llegara a una etapa crítica. Una sola interrupción no planificada habría resultado en una pérdida de ingresos debido a la pérdida de distribución de generación. El costo del monitoreo valió la pena. Dynamic Ratings Breaker Performance Monitor es el monitor de interruptores más completo disponible actualmente y proporciona al usuario información crítica sobre la condición del interruptor, que incluye:

  • Tiempos de interrupción
  • Firmas de bobina de disparo y forma de onda del sistema
  • Sensores no intrusivos
  • Monitoreo de SF6
  • Supervisión de motores
  • Supervisión del calentador
  • Valores I2T acumulativos
  • Recuentos de operaciones

Las soluciones opcionales pueden incluir monitoreo de descargas parciales y sensores térmicos para detectar modos de falla adicionales comunes a los interruptores y las líneas de subestación de control (switchgear).