ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DE

ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DE
TRANSFORMADORES
Autor: Vendrell Fontán, Esperanza.
Director: Rouco Rodríguez, Luis.
Entidad Colaboradora: Iberdrola Distribución.
RESUMEN DEL PROYECTO
La respuesta en frecuencia es una técnica clásica para el modelado y análisis de la
respuesta de sistemas dinámicos lineales e invariantes con el tiempo y para el diseño de
sistemas de control.
Las técnicas de respuesta en frecuencia también pueden utilizarse para el modelado y
análisis de los transformadores de potencia.
El modelo a baja frecuencia (frecuencia industrial) es el modelo en términos de las
resistencias e inductancias del transformador. El modelo a media frecuencia incluye en
el modelo a baja frecuencia del transformador las capacidades de los arrollamientos a
tierra y entre arrollamientos. Los parámetros de los modelos a baja y media frecuencia
han sido obtenidos a partir de los ensayos de vacío y cortocircuito del transformador y
del ensayo de medida de capacidades. El modelo a alta frecuencia es un modelo
detallado del transformador en términos de las matrices de capacidades de nudos y de
inductancias de mallas proporcionadas por el fabricante del transformador.
Este proyecto ha revisado los modelos a bajas, medias y altas frecuencias de
transformadores de potencia y ha obtenido la respuesta en frecuencia entre la tensión del
arrollamiento de mayor tensión y el arrollamiento de menor tensión de los modelos a
baja, media y alta frecuencia de un gran transformador de potencia trifásico de 40 MVA
132 kV/21.5 kV de Iberdrola Distribución Eléctrica.
La respuesta en frecuencia de los modelos de baja y media frecuencia son consistentes
entre si. Sin embargo, la respuesta en frecuencia del detallado a alta frecuencia es muy
diferente de la respuesta en frecuencia de los modelos de baja y media frecuencia.
El proyecto también ha abordado los ensayos análisis de respuesta en frecuencia
(Frequency Response Analysis, FRA, en la literatura técnica en inglés) para el
diagnóstico del estado de vida de transformadores de potencia. En efecto, la respuesta
en frecuencia de los transformadores de potencia se puede utilizar para diagnosticar su
estado de vida. Se ha observado que la respuesta en frecuencia de un transformador
puede experimentar cambios apreciables si tras la ocurrencia de una falta se producen
deformaciones en los arrollamientos. La deformación de los arrollamientos da lugar a
una variación de los valores de los parámetros del modelo electromagnético del
transformador (inductancias y capacidades).
Se ha comparado la respuesta en frecuencia obtenida con el modelo detallado del
transformador en términos de las matrices de capacidades de nudos y de inductancias de
mallas proporcionadas por el fabricante del transformador y la obtenida en los ensayos
de respuesta en frecuencia de la citada máquina.
FREQUENCY RESPONSE ANALYSIS OF POWER TRANSFORMERS
Author: Vendrell Fontán, Esperanza.
Manager: Rouco Rodríguez, Luis.
Collaborating Entity: Iberdrola Distribución.
ABSTRACT
The frequency response is a classic technic for the analysis and modeling of dynamic
and time invariants system’s response, and for the design of control systems.
The frequency response technics can be also used for modeling and analyzing power
transformers.
The low frequency model (industrial frequency) is the model in terms of the
transformer’s resistances and inductances. The medium frequency model includes, in
the transformer’s low frequency model, the capacitances of the windings to ground and
between windings. The low and medium frequency model’s parameters have been
obtained from the no-load test, the short circuit test and the measurement of capacitance
test. The high frequency model is a transformer’s detailed model in terms of the node’s
capacitances matrixes and also in terms of the mesh’s inductances provided by the
transformer’s manufacturer.
This project has revised the low, medium and high frequencies models of power
transformers and has obtained the frequency response between the voltage of the high
voltage winding and the voltage of the low voltage winding of the low, medium and
high frequency models of a great three-phase power transformer of 40 MVA 132 kV/
21.5 kV, owned by Iberdrola Distribución Eléctrica.
The frequency response of the low and medium frequency models are consistent
between them. However, the frequency response of the detailed model at high
frequencies is very different from the response of medium and low frequency models.
The Project also deals with the Frequency Response Analysis tests (FRA tests) for the
diagnosis of the state of the power transformer’s life. Actually, the frequency response
of a transformer can be used to diagnose its state of life. It has been observed that the
frequency response of a transformer can change if, after a fault, deformations take place
in the windings. The deformation of the windings results in a variation of parameter
values of the electromagnetic model of the transformer (inductances and capacitances).
It has been compared the frequency response obtained with the detailed model of the
transformer, in terms of the matrixes of node’s capacitances and mesh’s inductances,
given by the manufacturer, and the one obtained with the frequency response tests of the
mentioned machine.