Análisis y Diagnóstico de Fallas en Transformador de Corriente

Los transformadores de corriente son numerosos en las subestaciones y son equipos clave para garantizar el funcionamiento normal del sistema. Si un transformador de corriente falla, causará que el interruptor automático se desconecte e incluso puede evolucionar en un evento de corte de energía, lo que tendrá un impacto adverso en la operación segura y estable de la red eléctrica. Tomando como ejemplo un evento de operación de la protección diferencial del transformador principal causado por la falla del transformador de corriente en el lado de baja tensión del transformador principal en una subestación de 66 kV, a través de la inspección en el sitio, la revisión de pruebas y el estudio de desmontaje, se analizan y diagnostican las causas de la falla, y se presentan sugerencias para prevenir el mismo tipo de falla.

1 Análisis y diagnóstico de la falla
1.1 Estado básico en el sitio
En septiembre de 2020, la computadora de fondo de una subestación de 66 kV en operación emitió una alarma, mostrando que el segundo conjunto de protección diferencial longitudinal del transformador principal No. 2 operó. Los interruptores automáticos en ambos lados, de alta y baja tensión, del transformador principal No. 2 se desconectaron, la recarga automática de la sección operó y el interruptor de la sección se cerró sin pérdida de carga. Luego de llegar al sitio, el personal de operación y mantenimiento de la subestación inspeccionó todo el equipo relevante y no encontró apariencia anormal, objetos extraños colgantes, olor a quemado o signos de descarga. El personal de mantenimiento de la subestación, tras llegar al sitio, encontró mediante la inspección que el primer conjunto de protección del transformador principal No. 2 no detectó la corriente diferencial, solo se activó la protección de respaldo, pero no alcanzó el valor de retardo configurado después de la activación, y el segundo conjunto de protección detectó la corriente diferencial y desconectó los interruptores automáticos en ambos lados del transformador principal.

1.2 Análisis de la causa de la falla
Los valores de configuración del dispositivo de protección se muestran en la Tabla 1, y los parámetros del transformador de corriente en el lado de baja tensión se muestran en la Tabla 2. Después de la inspección, los valores de configuración son correctos, y los resultados de las pruebas de precisión de muestreo, prueba de frenado de relación, prueba diferencial y prueba de frenado de segunda armónica son buenos. Se revisa el cableado secundario del transformador de corriente en el lado de baja tensión del transformador principal, y el método de cableado externo de los terminales es correcto.

El análisis de los datos y las formas de onda de la protección diferencial reveló una derivación en la fase A del transformador de corriente de baja tensión del segundo conjunto. Para verificar, se aplicaron 30 A a las fases A/B del lado primario. El primer conjunto mostró valores correctos (A: 0.100 A, B: 0.099 A); el segundo conjunto tuvo B en 0.098 A pero A en 0.049 A, indicando una falla en la fase A.

Al aplicar ~5 A al secundario 1S1–1S2, se produjo una pequeña corriente en el segundo conjunto; la aplicación directa al primer conjunto no mostró corriente en el segundo, confirmando el cableado secundario correcto. Las pruebas de resistencia al voltaje y de descarga parcial en el transformador cumplieron con los estándares. Al quitar el cableado externo de la fase A, una prueba de aislamiento interfasa mostró 0 ohmios entre 1S2 y 2S1, probando un fallo completo.

Este fallo causó una derivación en la fase A del segundo conjunto, llevando a errores de medición. Antes de la operación de la protección, el primer conjunto midió 8.021 A, el segundo 4.171 A, un error real de 3.850 A. Convertido, esto creó una corriente diferencial de 3.217 A (superando la configuración), lo que desencadenó la protección.

1.3 Diagnóstico de la falla

Al desarmar el transformador de corriente defectuoso y observar su estructura interna y proceso de fabricación, se reveló la causa raíz: durante la producción, los cables de alambre esmaltado (con exceso de esmalte removido) se soldan a los terminales secundarios. A pesar de usar tubos aislantes, las operaciones manuales y las restricciones de espacio resultan en un aislamiento insuficiente entre los cables secundarios. Con el tiempo, la exposición prolongada a la corriente degrada el aislamiento del devanado secundario, causando un fallo interdevanado y desencadenando la falla.

2 Manejo de la falla

Se inspeccionaron los transformadores de corriente de las fases B y C en el mismo intervalo. Tras verificar la instalación/cableado correcto y pasar las pruebas de entrega re-conducidas, se retuvieron. Se instalaron urgentemente transformadores de corriente (mismas especificaciones, lote diferente) después de pasar las pruebas, restaurando la operación normal de la subestación (estable hasta ahora).

3 Sugerencias y medidas de pre-control

Basado en esta falla:

• Los fabricantes deben fortalecer el control del proceso de producción (por ejemplo, re-inspeccionar los pasos de conexión y ajuste de moldes) y aplicar controles de calidad estrictos.

• Aumentar los niveles de voltaje para las pruebas de resistencia interdevanado durante las inspecciones en fábrica.

• Las unidades de operación y mantenimiento deben programar mantenimientos proactivos, mantener repuestos, y realizar una inspección exhaustiva de los transformadores de corriente del mismo lote, reemplazando las unidades defectuosas de inmediato.