Causas e solucións para unha alta taxa de fallos nos transformadores de distribución

1. Causas de fallo nos transformadores de distribución agrícola

(1) Danos na aislación

O suministro eléctrico rural xeralmente utiliza sistemas de suministro mixto de 380/220V. Debido á alta proporción de cargas monofásicas, os transformadores de distribución frecuentemente operan con un desequilibrio significativo da carga trifásica. En moitos casos, o desequilibrio supera o rango permitido especificado nas normas, provocando envelecemento prematuro, deterioro e falla da aislación dos devandos do transformador, levando finalmente ao sobrecalentamento.

Cando os transformadores de distribución experimentan condicións de sobrecarga prolongada, fallos na liña de baixa tensión ou aumentos súbitos e significativos da carga, poden producirse danos debido á falta de protección adecuada. A ausencia de dispositivos de protección no lado de baixa tensión, combinada co fracaso dos fusibles de caída no lado de alta tensión para actuar oportunamente (ou non actuar en absoluto), permite que os transformadores soporten correntes que superan en gran medida os seus valores nominais (á veces varias veces o valor nominal). Isto causa aumentos drásticos de temperatura, acelerando o envelecemento da aislación e levando ao sobrecalentamento dos devandos.

Despois dunha operación prolongada, os compoñentes de estanqueidade, como as argolas de borracha e as juntas, deterióranse, fíxanse e fallan. Se non se detectan e substitúense oportunamente, isto leva a fugas de óleo e a un descenso do nivel do óleo. A humidade do aire entón entra en grandes cantidades no óleo aislante, reducindo drasticamente a súa resistencia dieléctrica. Unha falta grave de óleo pode expor o interruptor de deriva ao aire, provocando a absorción de humidade, descargas, cortocircuitos e sobrecalentamiento do transformador.

Os defectos de fabricación tamén contribúen aos fallos. Procesos de producción inadecuados, impregnación incompleta de barniz nas capas de devandos (ou barniz aislante de mala calidade), secado insuficiente e soldadura pouco fiable das unions de devandos poden crear vulnerabilidades na aislación. Ademais, a adición de óleo aislante de mala calidade durante a manutención ou a entrada de humidade e impurezas durante as reparacións degradan a calidade do óleo e a forza da aislación, levando finalmente ao colapso da aislación e ao fallo do transformador.

(2) Sobretensión

A protección contra raios frecuentemente falla debido a valores de resistencia de aterramento que non cumpren os requisitos. Incluso cando inicialmente son conformes, os sistemas de aterramento poden deteriorgarse ao longo do tempo debido á corrosión do acero, oxidación, rotura ou malas soldaduras, causando aumentos dramáticos na resistencia de aterramento e deixando os transformadores vulnerables a danos por raios.

A configuración incorrecta da protección contra raios é común. Muitos transformadores de distribución agrícola teñen pararrayos instalados só no lado de alta tensión. xa que o suministro eléctrico rural usa predominantemente transformadores conectados Yyn0, os raios poden xerar tanto sobretensiones de transformación directa como inversa. Sen protección contra sobretensiones no lado de baixa tensión, os transformadores son significativamente máis susceptibles a danos por estas sobretensiones.

Os sistemas de enerxía de 10kV rurales frecuentemente experimentan ressonancia ferromagnética. Durante os eventos de sobretensión por ressonancia, a corrente primaria dos transformadores de distribución pode aumentar dramaticamente, queimando os devandos ou provocando un flashover nos bornes e incluso unha explosión.

(3) Condicións de funcionamento deficientes

Durante os períodos de altas temperaturas no verán ou cando os transformadores operan continuamente en condicións de sobrecarga, as temperaturas do óleo aumentan excesivamente. Isto afecta gravemente a dissipación de calor e acelera o envelecemento, deterioro e falla da aislación, acortando significativamente a vida útil do transformador.

(4) Operación incorrecta do selector de derivación ou mala calidade

O consumo de electricidade rural caracterízase por cargas dispersas, patróns sazonais fortes, grandes diferenzas entre picos e valles, liñas de baixa tensión longas e caídas significativas de tensión, resultando en fluctuacións de tensión substanciais. Isto leva a que os electricistas rurais axusten frecuentemente os selectores de derivación dos transformadores. A maioría destes axustes non siguen procedementos correctos, e os valores de resistencia de corrente continua non se miden e comparan despois da operación antes de volver ao servizo. Como consecuencia, moitos transformadores fallan debido a un posicionamento incorrecto do selector de derivación, mal contacto, aumento da resistencia de contacto e selectores de derivación quemandose.

Selectores de derivación de mala calidade con contacto estático e dinámico inadequado, ou indicadores de posición non coincidentes (onde as marcas externas non corresponden ás posicións internas reais), poden causar accidentes de descarga e cortocircuito despois da puesta en marcha, resultando en selectores de derivación danados ou devandos completos.

(5) Problemas de aterramento do núcleo do transformador

Os problemas de calidade nos transformadores de distribución poden causar que o barniz aislante entre as láminas de silicio enveleza prematuramente durante a operación a longo prazo, resultando en múltiples puntos de aterramento do núcleo e fallo do transformador.

(6) Funcionamento en sobrecarga a longo prazo

Con o desenvolvemento económico rural, a demanda de electricidade aumentou dramaticamente. No entanto, a adición insuficiente de novos transformadores ou a substitución por unidades de maior capacidade forzou a que os transformadores existentes operasen continuamente en condicións de sobrecarga. Ademais, a alta proporción de cargas monofásicas en zonas rurais dificulta a equilibração da carga trifásica, provocando que certas fases experimenten un sobrecargamento a longo prazo severo mentres que as correntes da liña neutra superan en gran medida os valores permisibles. Estas condicións levan finalmente ao sobrecalentamento do transformador.

2. Medidas correctivas

Segundo as normas relevantes, cada transformador de distribución debe ter tres proteccións fundamentais: protección contra raios, protección contra cortocircuitos e protección contra sobrecargas.

Para a protección contra raios, deben instalarse pararrayos tanto no lado de alta como no de baixa tensión do transformador, sendo preferible o uso de pararrayos de óxido de zinco.

As proteccións contra curto circuito e sobrecarga deben considerarse por separado. Os fusibles de caída do lado de alta tensión deben protexer principalmente contra fallos internos de curto circuito no transformador, mentres que as condicións de sobrecarga e os cortocircuitos na liña de baixa tensión deben ser manexados por interruptores de circuito ou fusibles instalados no lado de baixa tensión.

Durante a operación, as correntes de carga das fases deben ser monitorizadas regularmente usando amperímetros de pinza para verificar que o desequilibrio de carga trifásica permanece dentro dos límites permitidos. Cando se detecta un desequilibrio excesivo, é necesario redistribuír inmediatamente a carga para volver a colocar o desequilibrio dentro dos límites estándar.

A inspección e proba regular dos transformadores de distribución segundo horarios prescritos é esencial. Os inspectores deben comprobar a cor, o nivel e a temperatura do óleo para a súa normalidade, e buscar fugas de óleo. As superficies dos encaixes deben examinarse en busca de marcas de flashover ou descargas. Calquera anomalia debe ser abordada inmediatamente. Tamén se recomenda a limpeza periódica das exteriores do transformador para eliminar suxidade e contaminantes dos encaixes e outras superficies.

Antes de cada tempada de tormentas anual, debe realizarse unha inspección exhaustiva de ambos, pararrayos de alta e baixa tensión e conductores de aterramento. Os pararrayos non conformes deben ser substituídos. Os conductores de aterramento deben estar libres de filamentos rotos, soldaduras defectuosas ou roturas. Nunca se deben usar conductores de aluminio para os conductores de aterramento; en cambio, recoméndanse varillas de acero de 10-12mm de diámetro ou tiras de acero plano de 30×3mm.

A resistencia de aterramento debe ser probada anualmente durante o inverno con condicións meteorolóxicas favorables ( polo menos unha semana de tempo continuo claro). Os sistemas de aterramento non conformes deben ser remediados.

As conexións entre os terminais do transformador e os conductores da liña aérea nos lados de alta e baixa tensión deben usar componentes de transición cobre-alumínio ou abrazaderas de equipo cobre-alumínio. Antes da conexión, as superficies destes componentes deben ser lixadas con lixa de grano fino e cubertas cunha cantidade adecuada de graxa conductora.

Cando se operan os cambiadores de tomas do transformador, os procedementos deben seguirse estritamente. Despois do axuste, o transformador non debe ser devolto ao servizo inmediatamente. En cambio, os valores de resistencia DC de cada fase deben medirse cun puente antes e despois da operación e compararse. Se non se observan cambios significativos, os valores de resistencia DC fase-a-fase e liña-a-liña despois da operación deben compararse, coas diferenzas de fase non superando o 4% e as diferenzas de liña inferiores ao 2%. Se non se cumpren estes criterios, a causa debe identificarse e corrixirse. Só despois de cumprir estes requisitos o transformador debe ser devolto ao servizo.