Solución Inteligente de Transformador de Corriente GIS: Sistema de Alerta Temprana de Fallos Mecánicos Basado en Acoplamiento Vibración-Corriente

Problema Central:​​ En regiones propensas a sismos y en subestaciones GIS envejecidas, las estructuras mecánicas (por ejemplo, fijaciones, soportes de aislamiento) de los transformadores de corriente (CTs) son susceptibles a daños por vibración continua o impactos repentinos. Esto puede llevar a fallos ocultos como aflojamiento, desprendimiento o desplazamiento, lo que finalmente causa la degradación del aislamiento o el fallo repentino del CT, amenazando la confiabilidad de la red. Los métodos tradicionales de inspección basados en interrupciones son ineficientes y costosos.

​Solución Innovadora:​​ Integra la monitorización de parámetros duales de vibración y corriente, utilizando un motor de IA para lograr una alerta temprana y un diagnóstico inteligente de los fallos mecánicos de los CTs.

​Implementación Tecnológica Central​

1. ​Sensorización Colaborativa Multi-Parámetro:​​
• ​Monitorización de Vibración de Alta Frecuencia:​​ Despliega acelerómetros piezoeléctricos de banda ancha (5Hz-10kHz) en componentes críticos de los CTs (flanges, soportes) para capturar con precisión señales de vibración estructural anormales causadas por aflojamiento mecánico, desplazamiento de piezas, degradación del aislamiento o vibraciones externas (ondas sísmicas).
• ​Captura de Corriente de Inrush Transitorio:​​ Utiliza bobinas Rogowski pasivas para la monitorización no intrusiva y en tiempo real de las formas de onda de corriente de operación del lado primario de los CTs. Combinado con señales de operación del interruptor, identifica con precisión eventos de conmutación y analiza las características de inrush y sus fuerzas de impacto en la estructura mecánica del CT.
2. ​Motor Diagnóstico Inteligente de Borde Impulsado por IA:​​
• Utiliza un módulo de computación de borde robusto (amplio rango de temperatura, resistente a choques) instalado localmente en el dispositivo para el procesamiento en tiempo real de datos de forma de onda de vibración y corriente.
• La operación central utiliza un modelo de diagnóstico inteligente ​1D-CNN (Red Neuronal Convolucional 1D)​​ propio:
• ​Entrada:​​ Características de frecuencia temporal de la aceleración de vibración (análisis FFT) + Características de la forma de onda de inrush de conmutación.
• ​Salida:​​ Identifica con precisión modos de fallo mecánico típicos ("aflojamiento de pernos", "desplazamiento de soporte de aislamiento", "resonancia mecánica") con una tasa de diagnóstico de 92%.
• Posee la capacidad de "aprendizaje adaptativo" para adaptarse a diferentes características de estructura de CT y vibración de fondo en diversas subestaciones.
3. ​Alerta y Comunicación Local Eficiente:​​
• ​Mecanismo de Alerta Jerárquico:​​ Al detectar firmas de fallos sospechosas, el motor de borde genera inmediatamente señales de advertencia/alarma (por ejemplo, Advertencia, Grave, Crítica).
• ​Transmisión Inalámbrica Simplificada:​​ Transmisión cifrada de señales de alarma clave (no datos brutos) a la plataforma HMI local de la subestación mediante tecnología LoRa LPWAN, reduciendo significativamente la carga y latencia de comunicación.
• ​Visualización HMI Local:​​ Visualización en tiempo real basada en mapas que muestra el número de CT con fallo, tipo de fallo, nivel de alarma y acciones recomendadas.

​Escenarios de Aplicación Objetivo​

1. ​Subestaciones GIS en Áreas de Alto Sismo:​​
• Alerta temprana de desplazamiento o daño estructural de CTs provocado por réplicas sísmicas, evitando fallos secundarios.
• Monitorización continua de daños crónicos en equipos causados por actividad geológica menor a largo plazo.
2. ​Reacondicionamientos y Actualizaciones de Subestaciones GIS Envejecidas:​​
• ​Despliegue sin Interrupción:​​ Instalación simple de sensores que no requiere modificaciones en la estructura de la cámara de gas, asegurando la integridad hermética. Especialmente adecuado para estaciones más antiguas con ventanas de interrupción limitadas.
• ​Reacondicionamiento Incremental Costo-Efectivo:​​ Aprovecha la tecnología inalámbrica y la computación de borde, eliminando la necesidad de cableado extenso o nuevos sistemas de backend, resultando en un ROI de reacondicionamiento alto.
3. ​Subestaciones de Núcleo Crítico y Alta Carga:​​ Prevención de riesgos de mal funcionamiento/fallo de relés de protección y apagones a gran escala causados por fallo repentino de CTs.

​Valor y Ventajas Centrales​

• ​Alerta Temprana de Riesgos Mayores:​​ Predice eficazmente fallos mecánicos típicos con 7+ días de antelación, proporcionando tiempo suficiente para intervenciones proactivas.
• ​Reducción Significativa de Interrupciones No Planificadas:​​ Reduce las interrupciones no planificadas causadas por fallos repentinos de CTs en más de 60%, mejorando significativamente la disponibilidad de la red y la satisfacción del cliente.
• ​Doble Beneficio de Seguridad y Costo:​​ Evita malfuncionamientos del sistema de protección, fallos de arco y daños en cascada de equipos dentro de la subestación debido al fallo de CTs.
• ​Nuevo Paradigma de O&M Inteligente:​​ Cambia de "mantenimiento periódico" a "mantenimiento predictivo", optimizando significativamente la gestión de repuestos y la programación de personal.
• ​Diseño Adecuado para Zonas de Fuerte Sismo:​​ Sensores pasivos + Computación de borde + Transmisión inalámbrica – sin cableado extenso, resistente a terremotos fuertes.
• ​Costo Óptimo para Reacondicionamientos de Estaciones Envejecidas:​​ Solución ligera, independiente de grandes sistemas de monitoreo de subestaciones; asegura un despliegue rápido y retorno de inversión.