Anàlisi i resolució de la connexió a terra multipunt anormal en els nuclis de transformadors elèctrics

La existència de més d'un punt de terra en els nuclis dels transformadors provoca dos problemes principals: primer, pot causar sobrecalentament local per curtcircuït en el núcle, i en casos greus, provocar danys locals de combustió al núcle; segon, les corrents cícliques generades en el fil de terra normal del núcle poden causar sobrecalentament local en el transformador i potencialment conduir a falles de tipus descàrrega. Per tant, les falles de més d'un punt de terra en els nuclis dels transformadors de potència amenaçen directament l'operació diària de les subestacions. Aquest article analitza un problema anòmal de més d'un punt de terra en un núcle de transformador de potència, introduint el procés d'anàlisi de la falla i les mesures de resolució in situ.

1.Resum de la falla de terra

El transformador principal número 1 d'una subestació de 220 kV és del model SFPSZB-150000/220, fabricat el 11 de novembre de 1986 i posat en servei el 8 d'agost de 1988. Originalment utilitzava refrigeració forçada d'oli amb aire, però es va convertir en refrigeració natural d'oli amb aire el 2012. El 5 de març, la prova en línia del corrent de terra del núcle del transformador principal número 1 va mostrar 40 mA, una desviació significativa respecte als resultats de proves anteriors. L'examen del dispositiu de monitorització en línia de la corrent de terra del núcle i el dispositiu limitador de corrent va mostrar una corrent de terra del núcle de 41 mA. 

Els registres històrics indicaven que el dispositiu havia enganxat automàticament un resistor limitador de corrent de 115 Ω el 27 de febrer. Després de determinar que el transformador principal número 1 podria tenir un problema de més d'un punt de terra en el núcle, el personal va revisar les dades de monitorització cromatogràfica en línia, però no va trobar irregularitats. El personal encarregat de les proves d'oli va recollir mostres del transformador principal número 1 a la tarda del 5 de març per a l'anàlisi cromatogràfica d'oli, però les dades de prova no van mostrar canvis significatius, com es mostra a la Taula 1 per als resultats de la prova cromatogràfica de gasos dissolts. Segons la configuració del dispositiu de monitorització en línia, quan la corrent de terra excedeix 100 mA, el dispositiu enganxa automàticament un resistor per limitar la corrent de terra. Basant-se en això, es va determinar que el transformador principal número 1 té una falla de més d'un punt de terra en el núcle.

2 Anàlisi de l'error d'equipament

Les dades de la prova de la corrent de terra del nucli del transformador principal dels últims tres anys es mostren a la Taula 2. Comparant les dades històriques de prova, es pot veure que les mesures de la corrent de terra del nucli del transformador principal número 1 han estat consistentment dins dels límits normals, sense detecció de tendències anòmals en els gasos dissolts en l'oli. No obstant això, la corrent de terra ha experimentat un creixement significatiu, i el dispositiu limitador de corrent s'ha activat automàticament connectant la resistència limitadora.

Basant-se en una anàlisi comprehensiva d'aquestes condicions, es pot determinar que el transformador principal número 1 té un error de terra múltiple del nucli. Tanmateix, quan es va produir el terra múltiple, el monitoritzat en línia de la terra del nucli i el dispositiu limitador de corrent van activar immediatament la resistència al moment de l'increment de la corrent, limitant efectivament la magnitud de la corrent. Com a resultat, no s'han detectat anomalies en l'anàlisi cromatogràfica dels gasos dissolts en l'oli del transformador.

El 28 de març, durant una prova rutinària d'interrompiment d'energia del transformador número 1, les mesures de la resistència d'aislament del nucli van confirmar la condició de terra multipunt. El personal de prova va mesurar la resistència d'aislament del nucli utilitzant una tensió de 1.000 V, que va mostrar una resistència d'aislament de "0". Utilitzant un multimetre per mesurar la resistència de terra del nucli, es va observar un estat de continuïtat de "conductiu" amb un valor de resistència de "0". Aquestes mesures van demostrar que el nucli del transformador principal número 1 tenia una terra multipunt, específicament una terra metàl·lica.

3 Mesures de Resolució

(1) Considerant que la falla de terra podria ser causada per un contacte metàl·lic suau, es va intentar el mètode de l'impuls de capacitació per eliminar la falla: Un capacitor (amb una capacitació de 26,94 μF) va ser carregat a 2.500 V i es va descarregar tres vegades al transformador principal número 1. Després dels impulsos, es va mesurar la resistència d'aislament del nucli per determinar si s'havia recuperat. Si no s'havia recuperat, la tensió de prova es va incrementar a 5.000 V per tres impulsos addicionals. Si la falla persistia, no es van realitzar més intents.

(2) Si el mètode de l'impuls de capacitació no eliminava la falla de terra, es va planificar una inspecció de levat de capota del transformador quan fos possible, per localitzar directament el punt de terra i eliminar fonamentalment la falla de terra multipunt del nucli.

(3) Si el transformador principal no podia ser desconnectat immediatament per a una inspecció i manteniment de la capota, es va implementar una mesura temporal de connectar una resistència limitadora de corrent en sèrie amb el conductor de terra. El transformador principal número 1 estava equipat amb un dispositiu JY-BTJZ d'observació en línia i limitació de corrent de terra del nucli, que contenia quatre configuracions de resistència (115, 275, 600 i 1.500 Ω), que ja havia enganxat automàticament la resistència de 115 Ω basant-se en la magnitud de la corrent de terra. Després de la comissió de l'equip, es va intensificar la monitorització amb cicles de prova més curts per a mesures de corrent de terra del nucli i anàlisi cromatogràfica d'oli del transformador per a seguiment.

El procés específic d'implementació en el camp va ser el següent: Primer, es va desconectar la connexió externa de terra del nucli, i es va utilitzar un generador de alta tensió DC per carregar el capacitor. Després d'aproximadament 3 minuts de càrrega, la tensió va arribar a 2,5 kV. A continuació, utilitzant un bastó aïllat, es va connectar el fil de conducció al conductor de terra del nucli per descarregar el capacitor al nucli del transformador. Després d'un sol descàrrec del capacitor al nucli del transformador principal número 1, la resistència d'aislament del nucli es va recuperar a 9,58 GΩ després de 60 segons, amb una raó d'absorció de 1,54, consistent amb els resultats de les proves anteriors. El punt de terra va ser eliminat amb èxit.

Després de que el transformador principal número 1 fou tornat a servir, vam mesurar la corrent de terra del nucli utilitzant un tester de corrent de terra del nucli, que va mostrar 2 mA. Simultàniament, el dispositiu de monitorització en temps real de la corrent de terra del nucli també va mostrar 2 mA, confirmant que la falla s'havia eliminat.