Resumo

A energia elétrica é um insumo fundamental para a produção industrial da planta Johnson&Johnson em São José dos Campos-SP. Manter o parque elétrico funcionando corretamente sempre foi prioridade para as equipes de manutenção.

A subestação principal e, em especial, o transformador de entrada sempre tiveram um completo programa de manutenção preventiva e a constante atualização tecnológica para detecção antecipada de defeitos.

Com o intuito de promover maior confiabilidade e disponibilidade de planta, entre 2014 e 2015 foi implementado um sistema de monitoramento on-line deste transformador, composto por sensores e software, para o acompanhamento do estado de funcionamento do transformador dia a dia.

Neste trabalho serão descritas a arquitetura e as soluções empregadas no sistema, assim como as alterações na rotina de manutenção, a assertividade na resolução de eventuais problemas o ganho em segurança operacional dentro do complexo.

A planta industrial da Johnson&Johnson em São José dos Campos-SP é responsável por fabricar os produtos de higiene e saúde pessoal, além de uma dedicada linha para o setor hospitalar. Dentro do processo produtivo, a energia elétrica é um insumo indispensável e sua eventual falta compromete a programação e pode causar grandes prejuízos a organização.

O abastecimento elétrico da planta é realizado por meio de uma subestação própria de 25 MVA de potência instalada, mostrada na Figura 01, e utilizando um único transformador de 88 kV – equipamento chave para continuidade do sistema de produção. Diante disso, todo o controle de manutenção corretiva e preventiva é rigoroso e realizado de acordo com as normas e boas práticas do setor.

A área de engenharia de infraestrutura é responsável por promover avanços tecnológicos no parque e assim, permitir a contínua expansão da planta com confiabilidade e segurança. Nesse contexto, foi definida a implementação dos conceitos da manutenção preditiva visando melhoria dos processos e gestão de ativos.

Esta foi permitida com a instalação de um sistema de monitoramento on-line do transformador para o acompanhamento do estado de operação deste. Envolvendo sensores, software e mudança dos planos de manutenção, a Johnson inova mais uma vez e mantém a tradição de líder tecnológica.

Figura 1 – Subestação 88kV

A tecnologia de monitoramento on-line foi escolhida levando em consideração os seguintes critérios:

• O diagnóstico do estado atual do transformador, de modo a fornecer subsídios à tomada de decisão quanto a mantê-lo ou não em operação – confiabilidade das instalações;
• O prognóstico precoce de condições de falha em seus estágios iniciais de evolução, de modo a possibilitar a parada programada do equipamento para ações corretivas – disponibilidade de planta;
• A monitoração das condições de operação do equipamento ao longo de toda sua vida, a fim de manter sob controle o processo de envelhecimento – gestão completa da vida útil;
• A utilização do transformador em condições de sobrecarga ou condição de risco, porém com total conhecimento e controle das diversas variáveis envolvidas, sem incorrer em riscos excessivos – segurança operacional.

Para atender aos objetivos técnicos e financeiros propostos, a Johnson adotou as seguintes funcionalidades:

1. Medição de Variáveis por sensores em arquitetura descentralizada

Sensores especialistas para medição das grandezas elétricas, mecânicas e químicas do transformador de potência, vide Tabela 01. Este estão comunicando via rede de comunicação RS485 em protocolo aberto Modbus com o software de monitoramento na sala de controle (arquitetura na Figura 02).

O aproveitamento da capacidade de processamento do computador digital (Sistemas Especialistas), por meio de modelos matemáticos e lógicos, fornece os diagnósticos e prognósticos do estado de operação do transformador. A tradução do conhecimento que a engenharia possui a respeito da máquina em um software capaz de emular certos aspectos do comportamento da mesma. Desta forma, o sistema de monitoração contribui para a predição de condições adversas e a manutenção do conhecimento, que passa a não depender exclusivamente dos agentes humanos envolvidos.

Os modelos empregados na planta de São José dos Campos-SP foram:

A. Cálculo de envelhecimento da isolação

Envelhecimento da isolação por pirólise e hidrólise (NBR5416, IEC60076 e IEEE/ANSI C57.91)

– Controle do percentual de vida útil restante, perda de vida média diária e previsão de tempo de vida restante.

B. Cálculo do teor de água no óleo

Teor de água no óleo, com tendência de evolução e temperatura para formação de água livre

– Controle das restrições de carregamento

C. Cálculo do teor de água no papel

Percentual de água no papel, com cálculo de aceleração da perda de vida por hidrólise e cálculo da temperatura de formação de bolhas;

– Controle das restrições de carregamento

D. Cálculo de eficiência do sistema de resfriamento

A comparação entre a temperatura do topo do óleo calculada e a mesma temperatura medida

– Preservação do transformador a suportar todas as exigências de carregamento

E. Cálculo de temperaturas futuras

Previsão de temperaturas futuras, com indicação de tempos restantes para atingir níveis de alarme e desligamento, quando for o caso

– Planejamento de cortes sem alterar o plano de produção da planta

F. Cálculo off-line de cromatografia e físico-químico

Registro histórico e análise off-line de ensaios de gás-cromatografia e físico-químico no óleo

– Organização de ensaios e identificação precoce de defeitos internos

4. Disponibilização das Informações

Aproveitando as potencialidades do sistema de monitoramento automático, as informações são disponibilizadas  a todos os setores interessados da empresa (manutenção, operação, automação…) em acessos simultâneos e ilimitados – democratização das informações do transformador.

1. Acesso local – efetuado do próprio servidor na sala de controle

2. Acesso remoto via Intranet – efetuado de qualquer computador remoto conectado à rede Intranet da empresa

No conceito de “exceção”, o sistema é responsável por avisar anormalidades de comportamento do transformador, excluindo a necessidade de alguém dedicado 24h por dia ao sistema. Este auxilia o trabalho das equipe de manutenção no planejamento e execução dos trabalhos informando – via alarmes e e-mails – as situações críticas e que devem ser tratadas. Na Figura 08 observa-se a tela de identificação da ocorrência de forma visual e intuitiva.

Figura 8 – Tela do software de monitoramento com o sistema de identificação visual de falhas no transformador