Confiabilidad estructural y políticas de mantenimiento a la subestación eléctrica Yaritagua 115/13,8 kV

Mohali, Gamal ⁽¹⁾ y Ascanio, Pedro ⁽²⁾

⁽¹⁾ Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”. UNEXPO Barquisimeto, Venezuela,

⁽²⁾ CADAFE- Región Yacaruy. gamalmohalihot@hotmail.com

Resumen

Los sistemas eléctricos de potencia tienen como función principal, suministrar a los consumidores la energía eléctrica en forma confiable. En el presente trabajo se determina la confiabilidad estructural de una subestación eléctrica 115/13,8 kV y sobre la base de esta se generan políticas de mantenimiento para el mejoramiento de la calidad de servicio desde el punto de vista de continuidad de servicio eléctrico, para esta determinación de la confiabilidad se usaron métodos matemáticos-estadísticos, basados en los registros de fallas del sistema, para la cual se utilizo el programa estadístico statgraphics plus 5.1, con lo cual se realizaron los análisis de Weibull y se generaron los histogramas y test de ajuste, con estos valores se determino la confiabilidad del sistema y se modelo en bloques de confiabilidad. El estudio de la confiabilidad permite realizar actividades enfocadas a mejorarla y por consiguiente mantener la continuidad de servicio, lo que repercute en mayores ingresos por venta a la empresa distribuidora, creación de nuevas fuente de empleo, mayor bienestar de vida y seguridad ciudadana, aparte de evaluar nuevas metodologías de determinación de la confiabilidad. Es importante tener claro los conceptos de confiabilidad y mantenimiento. Para realizar el estudio se aplicaron los conceptos y metodologías de la ingeniería de mantenimiento. Se encontró valores de confiabilidad bajos del sistema lo que justifica las recomendaciones de mantenimiento generadas para mejorarla.

Palabras Clave: Confiabilidad Estructural/ Políticas de Mantenimiento.

“Structural reliability and maintenance policy for electrical substation Yaritagua 115/13, 8 kv”

Abstract

The electric systems of power have as main function, to give the consumers the electric power in reliable form. Presently work is determined the structural dependability of a substation electric 115/13,8 kV and on the base of this they are generated political of maintenance for the improvement of the quality of service from the point of view of continuity of electric service, for this determination of the dependability mathematical-statistical methods were used, based on the registrations of flaws of the system, for which you uses the program statistical statgraphics bonus 5.1, with that which you/they were carried out the analyses of Weibull and the histograms and adjustment test were generated, with these values you determines the dependability of the system and you model in blocks of dependability. The study of the dependability allows to carry out activities focused to improve it and consequently to maintain the continuity of service, what rebounds in more revenues for sale to the company distribute, creation of new employment source, bigger wellbeing of life and civic security, apart from evaluating new methodologies of determination of the dependability. It is important to have clear the concepts of dependability and maintenance. To carry out the study the concepts and methodologies of the maintenance engineering they were applied. He/she was low values of dependability of the system what justifies the maintenance recommendations generated to improve it.

Key words: Structural Dependability/ Maintenance Political.

I. INTRODUCCIÒN

Alrededor de un 30% de todas las fuentes mundiales de energía primarias son empleadas para generar energía eléctrica y casi toda ella es trasmitida y distribuida mediante sistemas de tensión alterna de 50 ó 60 Hz. Hoy día es más importante que nunca diseñar y operar sistemas eléctricos que, no sólo tengan la máxima eficiencia practicable, sino que, además, tengan el más alto grado de seguridad y confiabilidad.

De no disponer de electricidad en momentos inesperados trae graves consecuencias productivas. Un minuto sin electricidad puede causar por ejemplo: pérdidas de datos almacenados en un computador, una operación médica interrumpida ó alterada, detención de un motor eléctrico, por lo tanto, de una cadena productiva. Es decir, los sistemas eléctricos deben tener la máxima confiabilidad posible debido a que las consecuencias de sus interrupciones son relevantes, dado su impacto en la salud, bienestar y seguridad del ciudadano y producción industrial.

Para poder conocer el estado actual de la confiabilidad en las fuentes de distribución de energía eléctrica, que en nuestro caso son las Subestaciones Eléctricas, se hace necesario realizar un estudio de determinación de la confiabilidad de estos sistemas y así poder direccionar los recursos de mantenimiento para mejorar sus parámetros.

El estudio que se llevara a cabo en el desarrollo de este trabajo, es la determinación de la confiabilidad de la subestación eléctrica Yaritagua, perteneciente a la empresa ELEOCCIDENTE, filial de CADAFE, zona Yaracuy, donde se analizaran las fallas y los tiempos entre fallas, en un intervalo de tiempo de cinco (5) años, utilizando las herramientas estadísticas de distribuciones de Weibull, Exponencial, entre otras, y se darán recomendaciones de políticas de mantenimiento para mejorar dicho índice de confiabilidad.

II. DESARROLLO

1. METODOLOGÍA

La subestación Yaritagua es una subestación de subtransmisión, reductora de interconexión, intemperie, tipo Nodal II (115TD), cuya misión es la de servir de enlace en el sistema interconectado nacional y disminuir el nivel de tensión de 115 a 13,8 kV, para distribuir la energía eléctrica al área urbana, rural e industrial del municipio Peña.

Figura 1: Diagrama Unifilar de la S/E Yaritagua 115/13,8 kV.

La confiabilidad y las políticas de mantenimiento se evalúan usando métodos matemáticos-estadísticos, basados en el desempeño pasado, tomando los registros de Tiempo entre Fallas (TEF) de la empresa eléctrica y en los bloques de confiabilidad del sistema, utilizando las herramientas estadísticas de distribuciones de Weibull.

Se realizo una revisión del historial de fallas de la subestación Yaritagua, desde el año 2000 al 2004, tomando la información existente de los informes mensuales emanados por el departamento de operaciones, perteneciente a la coordinación de transmisión Yaracuy y los libros de novedades de los operadores de la subestación Yaritagua.

Tabla I: Fallas en S/E Yaritagua desde el año 2000 al 2004

Para el presente trabajo, se va a tomar en cuenta para la determinación de la confiabilidad, la definición de falla como cualquier perturbación en el sistema que ocasione que por lo menos quede un usuario servido por la Subestación Yaritagua sin servicio. Esto tanto para usuario interno de la empresa como externo.

El Modelo de Confiabilidad de la Subestación por Subsistemas, se muestra en la Figura 2, es el siguiente:

a) Subsistema Salidas circuitos 115 kV.

b) Subsistema Barra 115 kV.

c) Subsistema Transformación 115/13,8 kV.

d) Subsistema Barras 13,8 kV.

e) Subsistema Salidas 13,8 kV.

Figura 2: Modelo en bloques del Sistema S/E Yaritagua 115/13,8 kV.

Cuando para el periodo estudiado no se encuentran datos de fallas, para el calculo de la confiabilidad se realizara por la ecuación no paramétrica Rc=(1-C)^1/n+1 [12] , en un tiempo t donde haya más equipos idénticos y no hayan fallado en dicho tiempo.

Para los equipos críticos se utilizo Análisis de Modo y Efecto de Falla Potencial, este análisis se realizo con personal calificado de mantenimiento de Subestaciones, en el cual se evaluaron los criterios de severidad, ocurrencia y detección de las tablas (AMEF) respectivamente, con los cuales se ponderaron al transformador de potencia, disyuntor, seccionador y transformador de potencial y de corriente, para posteriormente calcular el numero de prioridad de riesgo (NPR= S*O*D). Esta ponderación se realizo para priorizar y direccionar los recursos y esfuerzos de los programas de mantenimiento a los equipos más críticos del sistema.

III. RESULTADOS

Los resultados obtenidos se pueden resumir en la Tabla II.

Tabla II: Tabla Resumen de Resultados del Análisis Estadístico de Fallas de la S/E Yaritagua.

Politicas de Mantenimiento

Se calculara ahora los tiempos de inspecciones para un riesgo de falla del 5% en otras palabras un tiempo de 95% de Confiabilidad, se tiene entonces con los parametros de Weibull calculados:

Para el sistema Total:

R(t) = 0,95

β = 1

η = 2050,73

Entonces, t = 105,19 horas = 4,38 dias ≈ 5 dias.

Para los transformadores de potencia:

R(t) = 0,95

β = 4,45

η = 12416,7

Entonces, t = 6369,89 horas = 265,4 dias = 8,8 meses ≈ 9 meses.

Para los disyuntores:

R(t) = 0,95

β = 0,98 ≈ 1

η = 2410,88

Entonces, t = 123,66 horas = 5,15 dias ≈ 5 dias.

Tabla de Actividades de Inspección

Lo anterior se puede resumir en la siguiente tabla:

Tabla III: Resumen de Actividades de Inspección basados en el Análisis Estadístico de Fallas.

IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En el análisis estadístico de los datos tiempo entre falla (TEF) de la Subestaciòn Yaritagua la forma del histograma de frecuencia da la idea de un comportamiento de distribución exponencial y realizando el análisis de Weibull con el programa Statgrafhics plus 5.1, se obtienen los siguientes parámetros β=1,03658 y η=1458,22, se puede observar que el ß es aproximadamente 1, que pertenece a una distribución exponencial, más el test de bondad de ajuste se corrobora que los resultados se pueden modelar con una distribución exponencial.

Figura 3: Histograma de Frecuencia de los T.E.F. S/E Yaritagua.

Este tipo de distribución indica un alta aleatoriedad de los TEF. Este resultado es el esperado debido a que los componentes eléctricos de los sistemas de potencia tienen una larga vida útil y mediante un cuidadoso mantenimiento, sus transiciones de falla y reparación tienen un comportamiento constante. Para 720 horas, que es igual a un mes, se obtiene una confiabilidad del 61,81%, lo que indica que existe un 61,81% de probabilidad de que no haya una falla en el sistema en un mes y por consiguiente un 38,19% de probabilidad que el sistema falle.

Eliminando del análisis, las fallas que no fueron originadas por equipos de la S/E Yaritagua y las de origen desconocido, se obtienen los siguientes valores: β=1,04637 y η=2050,73 se puede observar que el es aproximadamente 1, que pertenece a una distribución exponencial. Este resultado es el esperado debido a lo establecido anteriormente de los componentes eléctricos. La confiabilidad del sistema da 71,57% en un mes, habiendo una mejoría de aproximadamente 10% con respecto a la confiabilidad calculada tomando en cuenta todas las fallas.

La confiabilidad del sistema S/E Yaritagua, calculada por subsistemas dio como resultado entre un valor mínimo del 40,83% y un valor máximo del 61,69% en un mes. El valor máximo de 61,69%, es casi idéntico al valor calculado del sistema total de 61,81%.

El análisis estadístico de los transformadores de potencia se obtienen los siguientes parámetros β=4,44767 y η=12416,7 se puede observar que el valor de ß es un poco mayor de 3,5 que seria una distribución tipo campana. Las fallas son originadas debido al desgaste o deterioro, este valor es justificado en los transformadores de potencia ya que las características de aislamiento del aceite es fundamental en su buen funcionamiento y este se deteriora en el tiempo. La confiabilidad calculada del equipo es 99,99% para un mes y 81,93% para un año. En el análisis estadístico de los disyuntores se obtienen los siguientes parámetros β =0,976555 y η=2410,88, se puede observar que el b es aproximadamente 1, que pertenece a una distribución exponencial, Este resultado es el esperado debido a lo establecido anteriormente de los componentes eléctricos. La confiabilidad calculada del equipo dio 73,54% en un mes.

V. CONCLUSIONES

1) El valor el valor de confiabilidad de 61,81% en un mes para el sistema, se considera bajo por su función que cumple dentro del sistema de potencia, por lo tanto se justifica plenamente las políticas de mantenimiento recomendadas para mejorarla.

2) La confiabilidad de un sistema se puede determinar como un sistema total ó representándolo en bloques de componentes y definiendo su sistema de confiabilidad.

3) En el análisis estadístico del sistema, se determinaron valores de componentes con ß=1 y ß>1, lo que implica políticas de mantenimiento diferentes.

4) En el análisis amef (modo y efecto de falla potencial) dio como equipos críticos los transformadores de potencia y los disyuntores, con npr= 240 y npr= 224 respectivamente, a los cuales se deben priorizar y direccionar los recursos y esfuerzos de los programas de mantenimiento.

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