Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 39 –
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en
emplazamientos de grupos electrógenos diesel de Villa
Clara
3.1 Introducción
En el presente Capítulo se abordará el tema de la evaluación de algunos índices de confiabilidad en los emplazamientos de grupos electrógenos diesel en la provincia Villa Clara. Se expondrán los resultados de aquellos índices que son un punto de partida para la evaluación de la confiabilidad acorde con la información disponible en el Modelo de Reporte de Fallos analizado en el Capítulo II. Se implementan un grupo de ecuaciones al mencionado modelo para poder; dentro de las limitaciones que el mismo presenta (algunas ya discutidas en el Capítulo anterior) para evaluar algunos indicadores.
3.2 Razón de fallo promedio (λ)
Este indicador está relacionado con el aspecto de la confiabilidad denominado “frecuencia”. Para proceder a la evaluación de las razones de fallo (λ) se empleará la expresión 1.4. Nótese que como se ha planteado en el Capítulo I esta razón de fallos es un estimado y un valor promedio para un período de tiempo determinado. Además se evalúa para un determinado componente por lo que de acuerdo con la disponibilidad de datos del modelo de reportes de fallo se decidió evaluar la misma para los sistemas siguientes:
1. Generador o Alternador. 2. Motor Diesel (MCI).
3. Sistema de Líquidos Refrigerantes (L/R)
Además se escogió como período de tiempo un año; esto es, se consideraran los fallos o averías reportados en estos sistemas durante los años 2006 y 2007 con el objetivo de compararlas razones de fallo de los componentes o sistemas seleccionados entre sí. Es importante recalcar que como ya se señaló en el Capítulo I se va a considerar que los sistemas cuya razón de fallo se evaluará
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 40 –
están dentro del período de vida útil. Ver Figuras 1.1 y 1.2, por lo que se pudiera considerar que de seguir estos comportamientos la razón de fallo es constante. Para ello se procedió a filtrar del modelo de reporte de fallo la información de averías referentes a cada uno de estos sistemas para el período del 2007.
Lo que se resolvió mediante la inclusión de nuevas columnas en el modelo de fallos e implementar en las mismas ecuaciones que permitieran extraer de dicho modelo los datos referentes a:
Por ejemplo
• Motores averiados en el 2007 en la provincia Villa Clara
• Generadores averiados en el 2007 en la provincia Villa Clara
• Sist. de L/R averiados en el 2007 en la provincia Villa Clara
Una dificultad confrontada con el Modelo de reporte de fallos facilitado por los compañeros de la provincia radica en que no está organizado por fechas en orden consecutivo sino que aparecen mezcladas averías de diversos años, tal y como puede observarse en la Figura 2.4 señalado con otro color (la fila 12 primera columna)
Para poder extraer estos datos por años fue necesario realizar una conversión de la fecha de reporte de avería la cual se encuentra en formato de fecha para un formato de números para poder identificar cuales de estas pertenecían a los años 2006 y 2007. Esto se realizó utilizando una herramienta presente en el Excel. Obsérvese en la figura 3.1 debajo ya la fecha convertida a un número de serie consecutivo que comienza con el 1 el 1ro de enero de 1900 y va aumentando con cada día transcurrido desde ese momento hasta la fecha actual. Una vez que se dispone de la fecha en este formato es muy fácil mediante funciones de comparación lógica determinar automáticamente el año al que corresponde determinada avería y asignándole un valor numérico de “1” si cumple con la condición de pertenecer al año en cuestión o un “0” si no cumple dicha condición, contar los eventos de fallo o avería de un determinado sistema en un año seleccionado. De forma similar se procede con la identificación y separación u
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 41 –
extracción de los fallos por Sistemas, solo que utilizando ahora funciones lógicas de comparación de cadenas de textos. Esto realmente adolece de la misma limitación que ya se señaló en el capítulo anterior relacionada con que en varias ocasiones la misma avería se reporta en un sistema con nombre ligera o totalmente diferente, lo que hace prácticamente imposible la total certidumbre en la extracción de los datos deseados. Por ejemplo esto es más acusado en el caso del Sistema de líquido refrigerante (identificado en la columna correspondiente a Sistema del Modelo como “Sist. de L/R” en ocasiones y en otras como “Sist. L/R”
Figura 3.1 Vista parcial del modelo con la columna correspondiente a la fecha cambiada al formato de “número”
En la figura 3.2 se muestra una parte de las columnas añadidas al modelo para la extracción de los datos requeridos. Se ha resaltado en rojo en la misma con un
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 42 –
grupo de columnas de una fila para que se aprecie el resultado de la aplicación de filtros (funciones lógicas disponibles en el Excel tales como el “IF” y el “AND” las que se muestran a continuación a manera de ejemplo)
=IF(I13="motor",1,0) (esta para extraer y contabilizar las averías del sistema “motor”)
=IF(AND(39083<L13,L13<39447),1,0) (esta para extraer y contabilizar las averías del sistema “motor” pero correspondientes al año 2007)
Figura 3.2
Una vez efectuadas todas estas operaciones se procede a calcular las razones de fallo mediante la expresión mencionada, Estas razones de fallo se aclara serían las correspondientes a las de los sistemas seleccionados y para la provincia de Villa Clara. Los resultados se muestran en la tabla 3. 1 y en forma gráfica en la figura 3.3 a continuación:
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 43 –
Tabla 3.1 Razones de fallo por Sistemas de Grupos Electrógenos Diesel en la provincia de Villa Clara en los años 2006 y 20007
SISTEMA λ (Fallos / Año)
(2006) λ (Fallos / Año) (2007) Motor 40 36 Generador 58 37 Liquido refrigerante 8 5
Figura 3.3 Gráfico de barras con la Razón de Fallo por sistema de los años 2007 y 2006
Una comparación entre los valores de λ para los sistemas seleccionados permite establecer que dos de los sistemas analizados (“Motor” y “Sistema de Líquido Refrigerante”) mantienen una razón de fallo más o menos similar durante los dos años analizados mientras que en el sistema Generador la razón de fallo se ha reducido considerablemente
3.3 Duración de interrupción o salida promedio (r)
Este indicador está relacionado con el aspecto de la confiabilidad denominado “tiempo o duración”
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 44 –
La determinación de este índice básico de confiabilidad se realiza mediante la ecuación 3.1
_ _ _
Horas fuera de Servicio
r
Fallos
= (3.1)
A la hora de utilizar el modelo de reporte de fallo brindado por los compañeros que llevan esta actividad en la provincia es importante señalar varios aspectos relacionados con el registro de la información para el cálculo de este índice los cuales son:
1. No se reporta el tiempo de interrupción en una gran cantidad de fallos, lo cual puede estar dado por la forma en que se confecciona esta parte de dicho reporte, pues se observa que se reporta la avería en una fecha y si se soluciona en menos de un día, no se reportan horas de interrupción, pues en el modelo se asume que para esto los grupos operan 5 horas diarias. O en otras palabras, si la avería es resuelta dentro de un mismo día, pues no se reportan las horas fuera de servicio. Ver figura 3.3 debajo.
2. Según el compañero que facilitó el modelo (reporte) hay grupos que han estado trabajando en ocasiones más de las 5 horas diarias previstas, sin reportarse esto lo que distorsiona aún más esta información.
3. Los emplazamientos de grupos electrógenos que se analizan no funcionan como ya se ha señalado en régimen continuo, por lo que el concepto de “salida” o “interrupción ” debe analizarse con especial cuidado y no de forma similar a como se reporta en la literatura para medios de generación de funcionamiento continuo, como sería el caso de grandes plantas térmicas como por ejemplo la “Carlos Manuel de Céspedes”
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 45 –
Figura 3.4 Vista parcial del modelo de reporte de fallos destacando lo relativo al aspecto del tiempo fuera de servicio
Aun así también se procedió a implementar sobre el Excel del mismo modelo de reporte de fallo las ecuaciones necesarias para la evaluación de este índice a partir de la información reflejada. Estos resultados para los dos años analizados se muestran en la tabla 3.2 y la figura 3.5 respectivamente.
Tabla 3.2 Valores del índice “duración de Interrupción” (r) para los sistemas seleccionados en los años 2006 y 2007
SISTEMA r (horas / fallos) 2006 r (horas / fallos ) 2007 Motor 27.25 35.83 Generador 21.38 39.05 Liquido Refrigerante 6.88 1
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 46 –
Figura 3.5 Gráfico de barras mostrando el comportamiento del índice r por sistema para los años 2007 y 2006
Un análisis de los resultados de la tabla 3.2 y la figura 3.5 indica que solamente en el caso del sistema de líquido refrigerante se ha producido una reducción de la duración de la interrupción, esto, además de recordar lo señalado con respecto a la incertidumbre debida a lo ya explicado sobre las limitaciones del modelo de reporte de fallos pudiera estar dado porque como ya se vió en el análisis de las curvas de λ vs. t (ver Figuras 1.1 y 1.2 Capítulo I) este sistema está ya dejando la Región I o de “depuración o Mejoras” y alcanzando o dentro de la denominada Región II o de “vida útil” (lo que se corrobora también en la tabla 3.1). Esto también puede parecer lógico si se tiene en cuenta que en el caso de este sistema, algunas averías pueden haber estado dadas por problemas de montaje, mal estado de ajuste de empalmes o piezas que daban lugar a fugas y escapes y que con la reparación y mantenimiento se han estado resolviendo.
Por otro lado es preocupante que aún cuando según la tabla 3.1 se reduce la frecuencia de los fallos (razón de fallos) en los sistemas “Motor” y “Generador”, la duración de la interrupción aumente de forma considerable del 2006 al 2007. Esto puede estar dado porque según resultados de la encuesta existen criterios (al
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 47 –
menos en el emplazamiento Santa Clara 110 kV) de que… “A partir de que los grupos dejaron de estar en garantía la respuesta de los encargados de las reparaciones y mantenimientos ha sido más lenta”…
3.4 Índice Duración anual de salida de servicio (U)
Este índice se evalúa mediante la expresión siguiente:
_ _
_ _
Año Para un Sistema
U =
∑
Horas en Fallo (3.2)Para el cálculo de este indicador simplemente se extrajo del modelo de reportes de fallo las horas en fallo debidas a cada uno de los tres sistemas que se han escogido para ilustrar la evaluación y este indicador aparece reflejado para los dos años abarcados en dicho modelo en la tabla 3.3.
Tabla 3.3 Índices de duración Anual de salida de servicio (U) por Sistemas para los años 2006 y 2007 SISTEMA U (Horas/Año) 2006 U (Horas/Año) 2007 Motor 1090 1290 Generador 1240 1445 Líquido refrigerante 55 5
Obsérvese como se presenta un incremento de este índice para los sistemas “Motor”(200 horas) y “Generador’(205 horas) y una reducción en el correspondiente al “Sistema de líquido refrigerante” (50 horas). Esto pudiera tener una explicación similar a la planteada para el Índice duración de la interrupción (es que ambos son índices de tiempo y por lo tanto esa magnitud que interviene en ambos como “horas fuera de servicio” ha aumentado durante el año 2007 con respecto al 2006.
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 48 –
3.5. Criterios sobre otros índices y su evaluación en la GD
En el Capítulo I aparecen otros índices, aunque la mayoría de ellos de los denominados “Índices de confiabilidad de SEP″ (SAIDI por ejemplo) en los que intervienen de forma destacada el número de consumidores interruptos o afectados, eso como se evidenció en los resultados de la encuesta que se describe en el Capítulo II no es posible en las condiciones de la Generación Distribuida conocerlo, excepto en el caso en que un grupo, batería o emplazamiento funcionara como “isla” o aislado.
Por último puede decirse que se pudieron haber escogido otros sistemas e incluso subsistemas para la evaluación de los índices que se describen en los epígrafes 3.2 al 3.4 del presente capítulo, pero a criterio del autor y el tutor de este trabajo, eso debe ser parte de una etapa posterior donde primeramente se garantice un mejor y más uniforme resultado en el Modelo de reporte de fallos, a partir de los señalamientos detectados en este trabajo.
Conclusiones parciales Capítulo lll
Al concluir el presente Capítulo se considera necesario realizar las conclusiones siguientes:
• La evaluación de índices de confiabilidad en los grupos electrógenos diesel puede efectuarse para varios criterios, aquí se escogieron los sistemas (y dentro de estos los denominados “Motor”, “Generador” y “Sistema de líquido refrigerante” para ilustrar el tema) aunque ha quedado demostrado que puede hacerse para otros criterios tales como para subsistemas, grupos, baterías, e incluso emplazamientos.
• Para la evaluación adecuada de estos índices y la validez de los resultados se hace necesario una mayor calidad (vinculada fundamentalmente a una mayor uniformidad y exactitud al identificar las averías y sus tiempos de duración) en la confección del modelo de reporte de fallos.
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en…. - 49 –
• Aún con todas las limitaciones del modelo de reporte de fallos, que se han señalado tanto en este capítulo como en el anterior, se demuestra su validez en general, al permitir evaluar algunos índices de confiabilidad como los calculados en este capítulo y que pueden servir a los fines que se persiguen en general con el presente trabajo de diploma, esto es tener una herramienta que permita evaluar la confiabilidad e identificar las necesidades fundamentales de mantenimiento, el que una vez aplicado podrá validar su efecto sobre la confiabilidad y además y tan importante como lo primero, la valoración económica y la factibilidad de la aplicación del MCC como estrategia de mantenimiento en la GD.
• Es evidente que la relativa corta edad de la GD y de los Grupos Electrógenos, además de la concepción de su empleo en Cuba complica considerablemente la aplicación de los métodos de la teoría de probabilidades al análisis de los índices de confiabilidad, sus distribuciones de probabilidad y otros parámetros que aumenten la validez de sus resultados.
TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD
Conclusiones - 50 –
Conclusiones Generales
Al arribar a este punto pueden plantearse como conclusiones generales del trabajo las siguientes:
.
• La evaluación de la confiabilidad es un tema complejo, que requiere en muchos casos un arduo trabajo de acopio y registro de datos para poder evaluar los diferentes índices involucrados.
• La cantidad de índices de confiabilidad reportados en la literatura es significativa, así como las técnicas para su evaluación, sin embargo hay que decir que no se han podido encontrar criterios específicos para su aplicación en la generación distribuida.
• En los últimos 8 años aparecen numerosas publicaciones en revistas indexadas que indican un mayor interés por la evaluación de la Confiabilidad en la Distribución, este interés se reconoce en la mayoría de los casos que se debe a la liberalización de los mercados eléctricos en los países capitalistas y fundamentalmente en los de mayor desarrollo tecnológico.
• Al terminar el presente trabajo se deja como un resultado importante la amplia y actualizada búsqueda bibliográfica reseñada en el Capítulo I (marco teórico).
• La información presentada en el Modelo de reportes de fallo que se emplea en la actualidad en los emplazamientos y en la provincia no es esclarecedora en la mayor parte de los casos existiendo problemas con la forma de recopilar la referente a las averías (en la columna denominada “Descripción de la avería”), aún cuando se pudo comprobar por el autor que existe un instrumento que reporta a través de su pantalla un código para cada fallo o alarma y se dispone de los manuales que esclarecen que significa cada código generado por el AGC.
Conclusiones - 51 –
• La evaluación de índices de confiabilidad en los grupos electrógenos diesel puede efectuarse para varios criterios, aquí se escogieron los sistemas (y dentro de estos los denominados “Motor”, “Generador” y “Sistema de líquido refrigerante” para ilustrar el tema) aunque ha quedado demostrado que puede hacerse para otros criterios tales como para subsistemas, grupos, baterías, e incluso emplazamientos.
• Para la evaluación adecuada de los índices recogidos en el Capítulo III y otros, así como para la validez de los resultados se hace necesario una mayor calidad (vinculada fundamentalmente a una mayor uniformidad y exactitud al identificar las averías y sus tiempos de duración) en la confección del modelo de reporte de fallos.
• Aún con todas las limitaciones del modelo de reporte de fallos, que se han señalado, se demuestra su validez en general, al permitir evaluar algunos índices de confiabilidad como los calculados en el Capítulo III y que pueden servir a los fines que se persiguen en general con el presente trabajo de diploma; esto es, tener una herramienta que permita evaluar la confiabilidad e identificar las necesidades fundamentales de mantenimiento, el que una vez aplicado podrá validar su efecto sobre la confiabilidad y además y tan importante como lo primero, la valoración económica y la factibilidad de la aplicación del MCC como estrategia de mantenimiento en la GD.
• Es evidente que la relativa corta edad de la GD y de los Grupos electrógenos, además de la concepción de su empleo en Cuba complica considerablemente la aplicación de los métodos de la teoría de probabilidades al análisis de los índices de confiabilidad, sus distribuciones de probabilidad y otros parámetros que aumenten la validez de sus resultados.
Recomendaciones - 52 –
Recomendaciones
Al culminar el presente trabajo se desea realizar las recomendaciones siguientes:
• .Dar a conocer los resultados del presente trabajo a los compañeros que dirigen la actividad de Generación Distribuida en la provincia Villa Clara, para su valoración y la posible aplicación de las sugerencias efectuadas al Modelo de Reporte de Fallos.
• Hacer llegar a los compañeros antes mencionados el modelo de reporte de fallos con las modificaciones incluidas para la evaluación de los índices provinciales de razón de fallo λ, duración de interrupción r y horas anuales de interrupción U.
• Implementar la evaluación de los Índices de confiabilidad abordados en el Capítulo III para otros sistemas, subsistemas, grupos, baterías y emplazamientos, lo que de seguro contribuirá a una más adecuada valoración de las necesidades del mantenimiento y una elevación de la disponibilidad.
Bibliografía
Bae, I. S., Kim, J.O. (May 2007). "Reliability Evaluation of Distributed Generation Based on Operation Mode." IEEE Transactions on Power Systems Vol 22(2): pp 785- 790.
Bertling, L. (2002). Reliability Centred Maintenance for Distribution Systems. Department of Electrical Engineering. Stockholm, Royal Institute of Technology (KTH). Ph.D: 429.
Billinton, R. (1970). Power System Reliability Evaluation Ciudad de la Habana, Editorial Pueblo y Educacion.
Billinton, R., Fotuhi-Firuzabad, M, and and L. Bertling (2001). "Bibliography on the Application of Probability Methods in Power System Reliability Evaluation
1996–1999." IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 16(NO. 4): pp 595-602.
Billinton, R. and R. Karki (NOVEMBER 2001). "Capacity Expansion of Small Isolated