Análise e Diagnóstico de Falhas em Transformador de Corrente

Transformadores de corrente são numerosos nas subestações e são equipamentos-chave para garantir o funcionamento normal do sistema. Se um transformador de corrente falhar, causará o disparo do disjuntor e pode até evoluir para um evento de interrupção de energia, o que terá um impacto adverso na operação segura e estável da rede elétrica. Tomando como exemplo um evento de operação da proteção diferencial do transformador principal causado pela falha do transformador de corrente no lado de baixa tensão do transformador principal em uma subestação de 66 kV, através de inspeção no local, revisão de testes e pesquisa de desmontagem, as causas da falha são analisadas e diagnosticadas, e sugestões para prevenir o mesmo tipo de falha são apresentadas.

1 Análise e Diagnóstico da Falha
1.1 Situação Básica no Local
Em setembro de 2020, o computador de fundo de uma subestação de 66 kV em operação emitiu um alarme, indicando que o segundo conjunto de proteção diferencial longitudinal do transformador principal nº 2 foi acionado. Os disjuntores nos lados de alta e baixa tensão do transformador principal nº 2 foram acionados, a recolocação automática de seção operou e o disjuntor de seção fechou sem perda de carga. Ao chegar ao local, os funcionários de operação e manutenção da subestação inspecionaram todos os equipamentos relevantes e não encontraram aparência anormal, objetos estranhos pendurados, cheiro de queimado ou sinais de descarga. Após a chegada ao local, os funcionários de manutenção da subestação constataram, através da inspeção, que o primeiro conjunto de proteção do transformador principal nº 2 não detectou a corrente diferencial, apenas a proteção de backup foi acionada, mas não atingiu o valor de defasagem após o acionamento, e o segundo conjunto de proteção detectou a corrente diferencial e acionou os disjuntores dos dois lados do transformador principal.

1.2 Análise das Causas da Falha
Os valores de configuração do dispositivo de proteção estão mostrados na Tabela 1, e os parâmetros do transformador de corrente no lado de baixa tensão estão mostrados na Tabela 2. Após a inspeção, os valores de configuração estão corretos, e os resultados do teste de precisão de amostragem, teste de frenagem de razão, teste diferencial e teste de frenagem de segunda harmônica são bons. A fiação secundária do transformador de corrente no lado de baixa tensão do transformador principal é revisada, e o método de fiação externa dos terminais está correto.

A análise dos dados e formas de onda da proteção diferencial revelou uma derivação na Fase A do transformador de corrente secundário do segundo conjunto. Para verificar, 30 A foram aplicados às Fases A/B do lado primário. O primeiro conjunto mostrou valores corretos (A: 0,100 A, B: 0,099 A); o segundo conjunto tinha B em 0,098 A, mas A em 0,049 A, indicando uma falha na Fase A.

A aplicação de ~5 A à fiação secundária 1S1-1S2 causou uma pequena corrente no segundo conjunto; a aplicação direta ao primeiro conjunto não mostrou corrente no segundo, confirmando a fiação secundária correta. Os testes de resistência à tensão e de descarga parcial no transformador atenderam aos padrões. Após remover a fiação externa da Fase A, um teste de isolamento entre fases mostrou 0 resistência entre 1S2 e 2S1, comprovando um rompimento completo.

Este rompimento causou uma derivação na Fase A do segundo conjunto, levando a erros de medição. Antes da operação da proteção, o primeiro conjunto mediu 8,021 A, o segundo 4,171 A - um erro real de 3,850 A. Convertido, isso criou uma corrente diferencial de 3,217 A (excedendo o valor de configuração), acionando a proteção.

1.3 Diagnóstico da Falha

Desmontando o transformador de corrente defeituoso e observando sua estrutura interna e processo de fabricação, a causa raiz foi revelada: durante a produção, as extremidades de fios esmaltados (com remoção excessiva de esmalte) são soldadas aos terminais secundários. Apesar do uso de tubos isolantes, as operações manuais e as restrições de espaço resultam em distância de isolamento insuficiente entre as extremidades secundárias. Com o tempo, a exposição prolongada à corrente degrada o isolamento da bobina secundária, causando o rompimento entre bobinas e acionando a falha.

2 Tratamento da Falha

Os transformadores de corrente das Fases B e C no mesmo intervalo foram inspecionados. Após verificar a instalação/cablagem corretas e passar nos testes de entrega refeitos, eles foram mantidos. Transformadores de corrente urgentemente adquiridos (mesmas especificações, lote diferente) foram instalados após passarem nos testes, restaurando a operação normal da subestação (estável até o momento).

3 Sugestões e Medidas de Pré-controle

Com base nesta falha:

• Os fabricantes devem fortalecer o controle do processo de produção (por exemplo, reinspecionar as etapas de encaixe e moldagem de extremidades) e impor rigorosas verificações de qualidade.

• Aumentar os níveis de tensão para testes de resistência entre bobinas durante as inspeções de fábrica.

• As unidades de operação/manutenção devem programar manutenção proativa, manter peças de reposição em estoque e inspecionar minuciosamente os transformadores de corrente do mesmo lote, substituindo as unidades defeituosas prontamente.