Análise de catro casos importantes de incendios en transformadores eléctricos

Caso Un

O 1 de agosto de 2016, un transformador de distribución de 50 kVA nunha estación de abastecemento eléctrico comezou a expulsar óleo durante a súa operación, seguido da queima e destrución do fusible de alta tensión. As probas de aislamento revelaron cero megohmios dende o lado de baixa tensión ata terra. A inspección do núcleo determinou que o danado no aislamento da bobina de baixa tensión causara un curto circuito. A análise identificou varias causas primarias para este fallo do transformador:

Sobrecarga: A xestión da carga sempre foi un punto débil nas estacións de abastecemento eléctrico de base. Antes das reformas do sistema eléctrico rural, o desenvolvemento foi en gran medida sen planificación. Os incendios de transformadores eran ocorrencias comúns durante o Festival de Primavera, as épocas de labranza e os períodos de seca cando era necesaria a irrigación. Aínda que se implementaron sistemas de xestión, as capacidades de xestión dos electricistas rurais requiren mellora. As cargas eléctricas rurais crecen rapidamente con fortes patróns sazonais e carecen de xestión planificada. A sobrecarga a longo prazo causa a quema de transformadores. Ademais, como os ingresos dos agricultores aumentaron significativamente, as cargas de electrodomésticos creceron rapidamente, e as industrias de procesamento individual centradas en casas desenvolveronse rapidamente, resultando nun crecemento substancial da carga eléctrica. Aínda que a inversión en equipos de distribución é considerable, a financiación limitada significa que a substitución de transformadores non pode seguir o ritmo do crecemento da carga, provocando a quema de transformadores por sobrecarga.

Ademais, as cargas eléctricas rurais son difíciles de xestionar, e a consciencia do uso planeado da electricidade é débil. Durante os períodos de máxima carga, como a irrigación, as épocas de labranza e as horas de noite, a competición polo uso da electricidade converteuse nun problema, contribuíndo á quema de transformadores.

Desequilibrio de Carga Trifásica: Cando as cargas trifásicas están desequilibradas, ocorren correntes trifásicas asimétricas, xerando corrente de secuencia cero na liña neutra. O fluxo magnético de secuencia cero xerado por esta corrente induce potencial de secuencia cero nas bobinas do transformador, desprazando o potencial do punto neutro. A fase coa corrente máis alta sobrecarga, danando o aislamento das bobinas, mentres que a fase coa corrente máis baixa non pode alcanzar a súa capacidade nominal, reducindo a eficiencia de saída do transformador. As conexións deficientes nos terminais de baixa tensión e no terminal neutro das bobinas de transformadores sobrecargados poden causar calor, envejecemento e deformación de sellos de borracha e juntas de óleo, levando a fugas de óleo e a quemas de terminais.

Fallos de Curto Circuito: Sexa por fallos de terra monofásicos ou curtos circuitos entre fases, a pequena impedancia das bobinas de baixa tensión de transformadores de distribución produce correntes de curto circuito extremadamente altas. Especialmente con curtos circuitos próximos, as correntes de fallo poden chegar a máis de 20 veces a corrente nominal do transformador. Estas poderosas correntes de curto circuito xeran forzas de impacto electromagnético e calor significativos que danan os transformadores de distribución, facendo que os curtos circuitos sexan o modo de fallo máis destructivo para os transformadores.

As causas primarias actuais de fallos de curto circuito inclúen:

• Baixa clearance para liñas de distribución de baixa tensión, onde árbores caídas ou vehículos que golpean postes causan curtos circuitos

• Instalación, operación ou manutención incorrectas de interruptores automáticos de baixa tensión, causando curtos circuitos nos terminais do interruptor

• Instalación deficiente ou manutención inadeuada de caixas de contaxe de baixa tensión montadas en transformadores, causando curtos circuitos próximos

Medidas Correctivas:

• Configurar correctamente os fusibles de baixa tensión para que se fundan cando a corrente de baixa tensión supere a corrente nominal do transformador, protexendo o transformador. Os fusibles de baixa tensión deben ser do tamaño 1,5 veces a capacidade do transformador.

• Medir as cargas do transformador durante os períodos de alta demanda e substituír oportunamente os transformadores sobrecargados.

• Fortalecer a operación e manutención, substituíndo os aislantes agrietados, limpando as vias de liñas e previndo curtos circuitos entre fases para protexer os transformadores.

Caso Dous

En 2015, un bureau de enerxía experimentou 32 incendios de transformadores. A maioría foron producidos por un único fabricante. Despois de extensas inspeccións do núcleo e muestreo de óleo, descubriuse que o 80% das mostras de óleo de transformador contiñan auga. Unha análise adicional revelou que as tuberías de enchido de óleo dos conservadores destes transformadores tiñan un selado deficiente. Durante as chuvias, a auga acumulábase nas tuberías durante períodos prolongados e vaise infiltrando gradualmente nos transformadores. Ao longo do tempo, o teor de auga no óleo do transformador aumentaba continuamente, reducindo as súas propiedades aislantes e causando fallos de transformador.

Medidas Correctivas:

• Instalar copas metálicas sobre as tuberías de enchido de óleo para isolarlas do contacto directo con a auga. Despois de instalar estas copas en todos os transformadores deste tipo, o número de incendios diminuíu significativamente.

• Realizar anualmente probas de muestreo de óleo en transformadores de distribución e substituír o óleo do transformador cando os resultados das probas sexan insatisfactorios.

Caso Tres

En 2018, un transformador de potencia nunha estación de abastecemento eléctrico queimouse nun día claro e soleado cando a carga non era pesada. A inspección do núcleo revelou puntos de arco de curto circuito evidentes na bobina de alta tensión, causados por un aislamento deficiente que levou a un curto circuito.

Análise: Este tipo de fallo no transformador carece de factores externos obvios, o que dificulta a identificación da causa sen unha inspección do núcleo. A maioría destes fallos ocorre porque o rendemento do aislamento do transformador degrada ao longo do tempo de operación, e non se toman medidas oportunas. Finalmente, o aislamento non pode cumprir os requisitos de operación, provocando que o transformador arda.

Medidas correctivas:

• Realizar anualmente probas de resistencia de aislamento nos transformadores de distribución, manter rexistros e analizar tendencias. Substituír os transformadores oportunamente cando os valores de aislamento caen por debaixo dos requisitos para evitar que ardan.

• Monitorizar regularmente o aislamento dos transformadores frecuentemente situados en zonas propensas aos relámpagos para prevenir fallos debido ao aislamento degradado.

Caso Cuatro

O 6 de xuño de 2017, durante unha tormenta eléctrica, un transformador situado no cume dunha montaña nunha estación de abastecemento eléctrico experimentou a combustión do seu fusible de alta tensión e a proxección de óleo. As probas de aislamento mostraron cero megohmios dende a alta tensión á terra, indicando danos no transformador.

Análise: A causa deste fallo no transformador foi a sobretensión inducida por un raio, que rompeu o aislamento do transformador, provocando un curto circuito.

Medidas correctivas:

• Melorar a resistencia de aterraxe dos pararrayos dos transformadores para asegurar que os valores permanezan dentro de límites razonables.

• Realizar anualmente probas de aislamento tanto nos pararrayos de alta como de baixa tensión dos transformadores de distribución, substituíndo oportunamente aqueles que non cumpran os estándares.

Fortalecendo a xestión do persoal para prever accidentes

A condición operativa dos transformadores de distribución está inextricablemente ligada á calidade da xestión. Con unha xestión meticulosa, os incidentes de quema de transformadores poden ser previstos eficazmente.

• Comprender as condicións de carga de cada área de transformador: O persoal de xestión de enerxía debe avaliar regularmente as cargas dos usuarios, monitorizando tanto o aumento de electrodomésticos para os usuarios residenciais como a expansión de fábricas e minas, maquinaria adicional e equipamentos de calefacción/ refrigeración. Esta información pode recopilarse a través da lectura de contadores e visitas regulares ao terreo para manter unha conciencia precisa.

• Resumir experiencias e liñóns pasadas: Comprender os patróns de como os cambios climáticos sazonais afectan ao equipo. Fortalecer e mellorar os puntos débiles e os perigos potenciais revelados durante desastres, implementando medidas preventivas específicas, como axustar a protección contra sobrecargas do transformador segundo as condicións reais para mellorar a resiliencia do equipo contra desastres naturais.

• Realizar unha análise e previsión de carga proactiva: Usando datos de primeira mao recopilados nos dous puntos anteriores, realizar científicamente a previsión de carga e implementar actualizacións adecuadas, incluíndo modificaciones de liña, redistribución de carga e aumentos de capacidade do transformador. Fortalecer as inspeccións de equipo durante desastres de vento, neve, chuva conxelada e períodos de frío extremo para prevenir fallos e mellorar a fiabilidade do equipo, reducindo así as quemas de transformadores.

• Enfatizar a responsabilidade do persoal: En primeiro lugar, establecer unha forte consciencia de servizo centrada no servizo ao usuario e na garantía dunha tensión estable e de calidade. O persoal debe ser habilidoso para identificar potenciais perigos e escuchar o feedback dos usuarios, abordando problemas de forma rápida e sen demora. Nunca se debe operar equipos coñecendo fallos ou ignorando problemas. A xestión debe cambiar dunha resposta pasiva a unha execución proactiva e dunha execución rutinaria a unha implementación creativa. En segundo lugar, debe impórse a responsabilidade. Sen mecanismos de responsabilidade, as responsabilidades laborais e as normas son inútiles. Debe impórse a responsabilidade de forma estrita ao persoal que descuida as súas obrigações, usa o poder para beneficio persoal, realiza traballo perfunctorio ou non implementa eficazmente medidas, resultando en problemas de usuarios non resolvidos, perigos non abordados ou danos no equipo. Só integrando o cumprimento da responsabilidade con mecanismos de responsabilidade rigorosos pode fortalecerse a responsabilidade laboral, mellorar a eficiencia operativa, mellorar a efectividade da implementación, servir mellor as necesidades dos usuarios, prevenir incidentes de enerxía causados polos humanos e manter a integridade operativa do equipo.

Conclusión

En resumo, os transformadores de enerxía poden fallar por moitas razóns durante a súa operación, pero coa xestión e mantemento fortalecidos, os fallos nos transformadores causados polos humanos poden reducirse significativamente. Isto mellora a fiabilidade do suministro de enerxía mentres se reducen os custos de mantemento para as empresas de enerxía, beneficiando tanto ás empresas como aos usuarios. Isto demostra a importancia práctica significativa de analizar os fallos dos transformadores e implementar medidas correctivas adecuadas.