Análisis y Resolución de la Conexión a Tierra Anormal en Múltiples Puntos en los Núcleos de Transformadores Eléctricos

La existencia de un anclaje multipunto en los núcleos de los transformadores causa dos problemas principales: en primer lugar, puede llevar a un sobrecalentamiento local por cortocircuito en el núcleo, y en casos graves, causar daños locales por quemadura en el núcleo; en segundo lugar, las corrientes circulantes generadas en el cable de anclaje normal del núcleo pueden causar un sobrecalentamiento local en el transformador y potencialmente llevar a fallos de tipo descarga. Por lo tanto, los fallos de anclaje multipunto en los núcleos de los transformadores de potencia amenazan directamente la operación diaria de las subestaciones. Este artículo analiza un problema anormal de anclaje multipunto en el núcleo de un transformador de potencia, introduciendo el proceso de análisis de fallos y las medidas de resolución en el sitio.

1. Resumen del Fallo de Anclaje

El transformador principal No. 1 de una subestación de 220 kV es modelo SFPSZB-150000/220, fabricado el 11 de noviembre de 1986 y puesto en servicio el 8 de agosto de 1988. Originalmente utilizaba enfriamiento forzado por aceite y aire, pero fue convertido a enfriamiento por aire de circulación natural en 2012. El 5 de marzo, se realizó una prueba en vivo de la corriente de anclaje del núcleo para el transformador principal No. 1, mostrando 40 mA, una desviación significativa de los resultados de pruebas anteriores. La inspección del monitoreo en línea del anclaje del núcleo y del dispositivo limitador de corriente mostró una corriente de anclaje del núcleo de 41 mA. 

Los registros históricos indicaron que el dispositivo había conectado automáticamente un resistor limitador de corriente de 115 Ω el 27 de febrero. Después de determinar que el transformador principal No. 1 podría tener un problema de anclaje multipunto en el núcleo, el personal revisó los datos de monitoreo cromatográfico en línea, pero no encontró anomalías. El personal de pruebas de aceite recogió muestras del transformador principal No. 1 la tarde del 5 de marzo para realizar un análisis cromatográfico, pero los datos de prueba no mostraron cambios significativos, como se muestra en la Tabla 1 para los resultados de pruebas cromatográficas de gases disueltos. Según la configuración del dispositivo de monitoreo en línea, cuando la corriente de anclaje excede 100 mA, el dispositivo conectará automáticamente un resistor para limitar la corriente de anclaje. Basándose en esto, se determinó que el transformador principal No. 1 tiene un fallo de anclaje multipunto en el núcleo.

2 Análisis de fallas del equipo

Los datos de prueba de la corriente de tierra del núcleo del transformador principal durante los últimos tres años se muestran en la Tabla 2. Al comparar los datos de prueba históricos, se revela que las mediciones de la corriente de tierra del núcleo para el transformador principal número 1 han permanecido consistentemente dentro de rangos normales, sin detectarse tendencias anormales en los gases disueltos en el aceite. Sin embargo, la corriente de tierra ha mostrado un crecimiento significativo, y el dispositivo limitador de corriente ha activado automáticamente la resistencia limitadora.

Basándose en un análisis integral de estas condiciones, se puede determinar que el transformador principal número 1 tiene una falla de tierra múltiple en el núcleo. Sin embargo, cuando ocurrió la tierra múltiple, el monitoreo en línea de la tierra del núcleo y el dispositivo limitador de corriente activaron inmediatamente la resistencia al momento del aumento de corriente, limitando eficazmente la magnitud de la corriente. Como resultado, no se presentaron anomalías en el análisis cromatográfico de los gases disueltos en el aceite del transformador.

El 28 de marzo, durante una prueba de apagón programada del transformador número 1, las mediciones de resistencia aislante del núcleo confirmaron la condición de toma de tierra múltiple. El personal de pruebas midió la resistencia aislante del núcleo utilizando un voltaje de 1,000 V, lo que mostró una resistencia aislante de "0". Al utilizar un multímetro para medir la resistencia de toma de tierra del núcleo, se mostró un estado de continuidad de "conductor" con un valor de resistencia de "0". Estas mediciones demostraron que el núcleo del transformador principal número 1 tenía una toma de tierra múltiple, específicamente una toma de tierra metálica.

3 Medidas de Resolución

(1) Considerando que la falla de toma de tierra podría haber sido causada por un contacto metálico suave, se intentó el método de impulso del capacitor para eliminar la falla: Se cargó un capacitor (con una capacitancia de 26.94 μF) a 2,500 V y se descargó tres veces en el transformador principal número 1. Después de los impulsos, se midió la resistencia aislante del núcleo para determinar si había recuperado. Si no se recuperaba, el voltaje de prueba se incrementaría a 5,000 V para otros tres impulsos. Si la falla persistía, se descontinuarían los intentos adicionales.

(2) Si el método de impulso del capacitor no lograba eliminar la falla de toma de tierra, se realizaría una inspección con levantamiento de la cubierta del transformador cuando las condiciones lo permitieran, para localizar directamente el punto de toma de tierra y eliminar fundamentalmente la falla de toma de tierra múltiple del núcleo.

(3) Si el transformador principal no podía ser inmediatamente desconectado para la inspección y mantenimiento de la cubierta, se podría implementar una medida temporal de conectar un resistor limitador de corriente en serie con el conductor descendente de toma de tierra. El transformador principal número 1 estaba equipado con un dispositivo de monitoreo en línea y limitación de corriente de toma de tierra JY-BTJZ, que contenía cuatro ajustes de resistencia (115, 275, 600 y 1,500 Ω), y que ya había enganchado automáticamente el resistor de 115 Ω basándose en la magnitud de la corriente de toma de tierra. Después de la puesta en marcha del equipo, se intensificó el monitoreo con ciclos de prueba más cortos para mediciones de corriente de toma de tierra del núcleo y análisis cromatográfico de aceite del transformador con fines de seguimiento.

El proceso de implementación en campo específico fue el siguiente: Primero, se desconectó la conexión externa de toma de tierra del núcleo, y se utilizó un generador de alto voltaje DC para cargar el capacitor. Después de aproximadamente 3 minutos de carga, el voltaje alcanzó 2.5 kV. Luego, utilizando un bastón aislante, se conectó el cable conductor al conductor descendente del núcleo para descargar el capacitor en el núcleo del transformador. Después de una sola descarga del capacitor al núcleo del transformador principal número 1, la resistencia aislante del núcleo se recuperó a 9.58 GΩ en 60 segundos, con una razón de absorción de 1.54, consistente con los resultados de las pruebas anteriores. El punto de toma de tierra fue eliminado exitosamente.

Después de que el transformador principal número 1 volvió a estar en servicio, medimos la corriente de toma de tierra del núcleo utilizando un probador de corriente de toma de tierra del núcleo, que mostró 2 mA. Simultáneamente, el dispositivo de monitoreo en tiempo real de la corriente de toma de tierra del núcleo también mostró 2 mA, confirmando que la falla había sido eliminada.