Accidentes del Transformador Principal y Problemas de Operación de Gas Ligero

1. Registro de Accidente (19 de marzo de 2019)

A las 16:13 del 19 de marzo de 2019, el sistema de monitoreo informó una acción de gas ligero en el transformador principal número 3. De acuerdo con la Norma para la Operación de Transformadores de Potencia (DL/T572-2010), el personal de operaciones y mantenimiento (O&M) inspeccionó la condición en el sitio del transformador principal número 3.

Confirmación en el sitio: El panel de protección no eléctrica WBH del transformador principal número 3 informó una acción de gas ligero en la fase B del cuerpo del transformador, y el reinicio fue ineficaz. El personal de O&M inspeccionó el relé de gas de la fase B y la caja de muestreo de gas del transformador principal número 3, y realizó pruebas en la corriente de tierra del núcleo y la abrazadera del cuerpo del transformador.

A las 16:36, el sistema de monitoreo de la subestación informó un viaje por acción de gas pesado en el transformador principal número 3, con incendio en la fase B del cuerpo. El sistema de extinción de incendios de espuma fija del transformador se activó correctamente (se disponen de imágenes de señales).

Medidas para Este Accidente:

• Desarrollar un plan de transformación de gas ligero a viaje: Organizar la compilación de esquemas de transformación técnica, programar planes de apagón posteriores y clarificar medidas de O&M antes de la transformación.

• Inspección especial y transformación de transformadores en servicio: Realizar inspecciones dirigidas a los transformadores en operación basadas en la causa del fallo y formular medidas de transformación.

2. Proceso de Manejo de Alarma de Gas Ligero

La Norma para la Operación de Transformadores de Potencia (DL/T572-2010) establece que los relés de gas de los transformadores deben estar equipados con dos conjuntos de contactos: gas ligero y gas pesado. En operación normal, el gas ligero está configurado en modo de alarma y el gas pesado en modo de viaje. El proceso típico de manejo de alarmas de gas ligero en transformadores es el siguiente:

• Cuando se activa la señal de protección de gas, inspeccione inmediatamente el transformador para determinar si es causado por acumulación de aire, caída del nivel de aceite, falla en el circuito secundario o fallos internos del transformador.

• Si existe gas en el relé de gas, registre el volumen de gas, observe el color y la inflamabilidad del gas, y recoja muestras de gas y aceite para análisis cromatográfico.

• Si el gas en el relé es incoloro, inodoro, no inflamable y el análisis cromatográfico lo identifica como aire, el transformador puede continuar operando, y se debe eliminar rápidamente el defecto de ingreso de aire.

• Si el gas es inflamable o el resultado del análisis de gases disueltos (DGA) es anormal, juzgue integralmente si es necesario detener el transformador.

Las Nuevas Medidas Antiaccidentes (9.2.3.6) establecen: "Si un transformador experimenta dos alarmas consecutivas de gas ligero en un día, solicite inmediatamente una inspección de apagón; para transformadores (reactores) con estructura sin circulación forzada de aceite y sin dispositivo de drenaje de aceite e inyección de nitrógeno, solicite inmediatamente una inspección de apagón en caso de alarma de gas ligero del cuerpo."

Los transformadores recién puestos en servicio o aquellos sometidos a tratamiento de aceite son propensos a alarmas de gas ligero durante la operación inicial. Los transformadores de circulación forzada de aceite son susceptibles a la entrada de aire debido a fugas de aceite en áreas de presión negativa; los transformadores con dispositivos de drenaje de aceite e inyección de nitrógeno pueden tener gas atrapado en las tuberías de drenaje de aceite—ambos escenarios pueden causar alarmas de gas ligero. Se libera una pequeña cantidad de gas durante la operación del transformador, pero dos alarmas consecutivas de gas ligero dentro de 24 horas indican posibles fallos graves.

3. Análisis Estadístico de Alarmas de Gas Ligero en Transformadores

Caso 1: Alarma de Gas Ligero en una Subestación (7 de julio de 2015)

Fenómeno de Fallo: El sistema de monitoreo de la subestación mostró "Alarma de protección no eléctrica del cuerpo del transformador principal número 3" y "Alarma de gas ligero en la fase C del cuerpo". Causa: La inspección en el sitio encontró que el nivel de aceite en el relé de gas de la fase C del transformador principal número 3 era bajo (el volumen de gas excedió 300ml; ajuste de alarma de gas ligero: 270±10ml) (las fases A y B estaban llenas). Basándose en los resultados de la inspección y reuniones especiales, el fallo fue causado por objetos extraños metálicos, que se juzgaron que fueron introducidos durante el transporte/instalación (no de fabricación), ya que el monitoreo no cubría todo el proceso de fabricación. Disposición: El transformador defectuoso fue retirado y reemplazado por una fase de repuesto. Se construyó un taller de mantenimiento en la subestación para la reparación en el sitio por parte del fabricante; el transformador reparado se almacenó como una fase de repuesto.

Caso 2: Alarma de Gas Ligero en una Subestación (30 de septiembre de 2015)

Fenómeno de Fallo: El sistema de monitoreo informó "Alarma de sobrepresión en la fase C del transformador principal número 2", "señal de viaje por gas pesado" y "señal de alarma de gas ligero"; no ocurrieron acciones de protección eléctrica. Causa: Las brechas de comunicación entre el instituto de diseño y el fabricante llevaron a un estrés excesivo en el terminal superior de la arandela; la arandela tenía un diseño de sellado débil; una zona de presión negativa en la parte superior de la conducción de corriente de la arandela causó la inhalación de aire/agua después del fallo del sello. El desplazamiento horizontal máximo entre el conector T del conductor y la arandela de alta tensión alcanzó 5.61m, lo que llevó a una tensión lateral a largo plazo, deformación del terminal y la tapa, fallo del sello y descarga interna en el devanado de alta tensión debido a la inhalación de aire/agua. Disposición: El transformador defectuoso fue retirado y reemplazado por una fase de repuesto. La reparación en el sitio se completó en 2016 después de construir un taller de mantenimiento, y el transformador se almacenó como una fase de repuesto.

Caso 3: Alarma de Gas Ligero en una Subestación (18 de junio de 2018)

Fenómeno de Fallo: Alarma de gas ligero en la fase A del transformador principal número 1 en una subestación. Causa: Las pruebas de muestreo de aceite y gas mostraron gas no inflamable y datos de aceite normales. El relé de gas fue ventiado el mismo día, y la señal se restableció inmediatamente. El seguimiento a largo plazo de la acumulación de gas en el relé no mostró nuevo gas, confirmando que la alarma fue causada por la acumulación de aire a largo plazo.

Caso 4: Alarma de gas ligero durante la puesta en marcha

Fenómeno de fallo: Alarma de gas ligero en la fase C del transformador principal número 3 durante la puesta en marcha. Causa: Fuga de aceite del relé de flujo de aceite del transformador; la unidad de construcción no logró ventilar completamente el gas después del reemplazo. No se detectó acetileno en el transformador. Acción: Ventilar el gas del transformador.

Caso 5: Alarma de gas ligero en una estación conversora (20 de noviembre de 2018)

Fenómeno de fallo: A las 06:24:55, el OWS de fondo de una estación conversora reportó "Alarma de gas ligero en la fase B de un transformador conversor en un lado determinado"; a las 06:40:57, se reportó "Protección de gas pesado en la fase B de un transformador conversor en un lado determinado", y los interruptores de circuito del transformador conversor 01B/02B saltaron en tres fases. Causa: Ruptura de la vejiga del conservador de aceite. El aceite entró en la vejiga, y una caída repentina de temperatura hizo que la vejiga llena de aceite se hundiera, bloqueando la tubería de aceite y atrapando gas, lo que llevó a la acción del relé de gas. La vejiga se rompió debido a la espera prolongada y el envejecimiento acelerado en bajas temperaturas. Acción: La inspección en el sitio confirmó una rotura de la vejiga (la mayoría del aceite en el conservador había entrado en la vejiga). Se reemplazó la vejiga, y el transformador conversor volvió a operar.

Caso 6: Alarma de gas ligero en una empresa de energía (2 de enero de 2017)

Fenómeno de fallo: El bipolar DC estaba en frío en espera en una empresa de energía; a las 20:37, se reportó una alarma de gas ligero del transformador conversor YYC del Polo 1, seguida de un salto de gas pesado a las 20:42. Causa: La inspección en el sitio encontró una fuga de aceite en la bomba de aceite del ciclo de enfriamiento número 4 del transformador conversor Y/Y de la fase C del Polo 1. La fuga cesó después de desconectar la alimentación de la bomba y cerrar las válvulas en ambos extremos. La causa raíz fue la mala calidad del material de los tornillos y las bridas de la tapa de la bomba, lo que llevó a una corrosión severa, la rotura de los tornillos, el deslizamiento del cuerpo de la bomba y una fuga masiva de aceite. Acción: Se reemplazaron 4 bombas sumergibles de aceite del transformador conversor YYC del Polo 1, se rellenó el aceite y se realizaron pruebas de mantenimiento. Se reemplazó o modificó la estructura de los tornillos de 52 bombas sumergibles de aceite en 13 otros transformadores conversores (incluyendo 2 de reserva).

4. Explicación de la configuración de gas ligero para alarma o salto

4.1 Introducción a los relés de gas

Los relés de gas funcionan detectando el gas generado por la descomposición del aceite o por las oleadas de aceite causadas por fallos internos del transformador, activando los contactos de gas ligero (alarma) o gas pesado (salto).

• Gas ligero: Refleja fallos menores (por ejemplo, calentamiento por sobrecarga, calentamiento local del núcleo, calentamiento del tanque por fugas magnéticas). El gas descompuesto asciende a la cámara de recolección de gas del relé, bajando el nivel de aceite y activando el interruptor de hoja de gas ligero para enviar una alarma. Una caída adicional del nivel de aceite activa el gas pesado.

• Gas pesado: Refleja fallos graves (por ejemplo, toma de tierra del colector, cortocircuito entre vueltas). La generación rápida de gas empuja el aceite para impactar un deflector, atrayendo el interruptor de hoja de gas pesado mediante un imán para hacer saltar el transformador.

4.2 Razones para configurar el gas ligero en modo de alarma

• Transformadores CA UHV: Cada transformador principal y de regulación de voltaje tiene solo un relé de gas; los elevadores de colectores se conectan al relé del cuerpo a través de tuberías de recolección de gas. Solo hay un contacto de alarma de gas ligero disponible, configurado en modo de alarma bajo operación normal (gas pesado para salto).

• Transformadores conversores: Equipados con 1 relé de gas (tecnología Siemens) o 7+ relés de gas (tecnología ABB). El gas ligero está configurado en modo de alarma (gas pesado para salto) bajo operación normal.

Los relés de gas de los transformadores conversores tienen solo 1 o 2 contactos de alarma de gas ligero, propensos a falsas alarmas causadas por la entrada de agua en las cajas de conexiones de los relés, el gas portador de la cromatografía de aceite que entra en el tanque, o la entrada de aire debido a un mal sellado del cuerpo. No están disponibles medidas anti-falso-operación "dos de tres". Si el gas ligero está configurado para salto, las falsas alarmas podrían causar saltos de polo DC (grupo de válvulas único), perdiendo 1500 MW o más de potencia y amenazando la estabilidad de la red. Además, el gas ligero proporciona una ventana de respuesta para fallos menores (por ejemplo, calentamiento suave del núcleo o aislamiento) antes de la activación del gas pesado, mejorando la disponibilidad del equipo. Por lo tanto, las 18 Medidas Antifallo Mayores de la Red y el Código para la Operación de Transformadores de Potencia (DL/T572-2010) establecen que el gas ligero debe estar configurado solo para alarma.

Casos de Falsa Operación:

• 2003: La entrada de agua en el relé de gas del reactor suavizador de un transformador conversor causó un bloqueo bipolar, perdiendo 1281 MW.

• 2019: Se produjo un corte temporal debido a un fallo en el circuito de contacto de un relé de gas de un transformador conversor.

4.3 Propuesta para modificar el gas ligero a salto para transformadores UHV

Dado el riesgo de fallos repentinos en transformadores UHV que amenazan la seguridad del personal, se propone cambiar la acción del gas ligero de alarma a salto para transformadores UHV, por las siguientes razones:

• Acción temprana en fallos graves: El gas ligero puede activarse antes del gas pesado durante fallos graves repentinos. Saltar con gas ligero puede aislar rápidamente el transformador defectuoso, evitando daños importantes en el equipo o accidentes. (por ejemplo, 2016: Un reactor paralelo UHV explotó después de múltiples alarmas de gas ligero; 2017: El gas ligero se activó 32 segundos antes del gas pesado durante un fallo en el colector del transformador conversor).

• Robustez de la red: La red eléctrica fortalecida puede tolerar la pérdida de un grupo de válvulas o transformador sin problemas de estabilidad.

• Reducción del riesgo de falsa operación: La gestión mejorada de los relés no eléctricos (por ejemplo, instalación de cubiertas contra lluvia, inspecciones periódicas de muestras, comprobaciones de aislamiento del circuito) ha reducido significativamente las falsas alarmas. Las estadísticas muestran que no hubo acciones de gas ligero falso en estaciones conversoras (3 años) y subestaciones (5 años); 6 acciones registradas fueron causadas por gas no ventilado durante la construcción (no fallos de equipo).

Medida temporal: Durante el funcionamiento inestable de los transformadores UHV, configure todos los contactos de gas ligero (elevadores de vainas, cambiador de tomas, cuerpo) de los transformadores convertidores, transformadores principales y transformadores reguladores de voltaje al modo de disparo para garantizar la seguridad del personal y del equipo.

4.4 Plan de Implementación para la Modificación de Gas Ligero a Disparo

• Transformadores Convertidores: Modifique el software a través de la retirada de un solo sistema de control DC para cambiar las señales de gas ligero a disparo. No se requiere una prueba de disparo después de la modificación (los circuitos de señal se verifican anualmente); implemente durante las paradas programadas (1 día).

• Transformadores AC: Modifique el cableado en los paneles de protección y realice pruebas de transmisión (1 día).