Análise e Resolución de Terreo Múltiple Anómalo en Núcleos de Transformadores Eléctricos

A existencia de múltiples puntos de aterramento no núcleo dos transformadores causa dous problemas principais: en primeiro lugar, pode provocar un sobrecalentamento local por curto circuito no núcleo e, en casos graves, causar danos por combustión localizada no núcleo; en segundo lugar, as correntes circulantes xeradas no fío de aterramento normal do núcleo poden provocar un sobrecalentamento local no transformador e potencialmente levar a fallos de tipo descarga. Polo tanto, os fallos de aterramento en múltiples puntos nos núcleos dos transformadores de potencia ameazan directamente a operación diaria das subestacións. Este artigo analiza un problema anómalo de aterramento en múltiples puntos no núcleo dun transformador de potencia, introducindo o proceso de análise do fallo e as medidas de resolución no terreo.

1. Visión xeral do fallo de aterramento

O transformador principal número 1 dunha subestación de 220 kV é do modelo SFPSZB-150000/220, fabricado o 11 de novembro de 1986 e comisionado o 8 de agosto de 1988. Originalmente utilizaba circulación forzada de óleo por aire, pero foi convertido a circulación natural de óleo por aire en 2012. O 5 de marzo, durante unha proba en vivo da corrente de aterramento do núcleo do transformador principal número 1, mostrou 40 mA, unha desviación significativa respecto aos resultados de pruebas anteriores. A inspección do sistema de monitorización en liña do aterramento do núcleo e do dispositivo limitador de corrente mostrou unha corrente de aterramento do núcleo de 41 mA. 

Os rexistros históricos indicaron que o dispositivo había activado automaticamente un resistor limitador de 115 Ω o 27 de febreiro. Despois de determinar que o transformador principal número 1 podería ter un problema de aterramento en múltiples puntos no seu núcleo, o persoal revisou os datos de monitorización cromatográfica en liña, sen atopar anomalias. O persoal de ensaio de óleos recolleron mostras do transformador principal número 1 na tarde do 5 de marzo para realizar unha análise cromatográfica de gases disueltos, pero os datos do ensaio non mostraron cambios significativos, como se mostra na Táboa 1 para os resultados do ensaio cromatográfico de gases disueltos. Segundo as configuracións do dispositivo de monitorización en liña, cando a corrente de aterramento supere os 100 mA, o dispositivo activará automaticamente un resistor para limitar a corrente de aterramento. Basándonos nisto, determinouse que o transformador principal número 1 ten un fallo de aterramento en múltiples puntos no seu núcleo.

2 Análise de fallos no equipo

Os datos de proba da corrente de aterramento do núcleo do transformador principal nos últimos tres anos móstranse na Táboa 2. A comparación dos datos de proba históricos revela que as medidas de corrente de aterramento do núcleo para o transformador principal número 1 permaneceron consistentemente dentro dos rangos normais, sen detectarse tendencias anómalas nos gases disueltos no óleo. No entanto, a corrente de aterramento mostrou un crecemento significativo, e o dispositivo limitador de corrente activouse automaticamente engadindo o resistor limitador de corrente.

Baseado na análise comprehensiva destas condicións, pódese determinar que o transformador principal número 1 ten un fallo de aterramento múltiple no núcleo. Pero, cando ocorreu o aterramento múltiple, o monitorización en liña do aterramento do núcleo e o dispositivo limitador de corrente activaron inmediatamente o resistor no momento do aumento da corrente, limitando eficazmente a magnitude da corrente. Como resultado, non apareceron anomalias na análise cromatográfica dos gases disueltos no óleo do transformador.

O 28 de marzo, durante unha proba rutineira de apagón do transformador núm. 1, as medicións da resistencia de illamento do núcleo confirmaron a condición de terra múltiple. O persoal de proba mediu a resistencia de illamento do núcleo usando unha tensión de 1.000 V, que amosou un valor de resistencia de illamento de "0". Ao empregar un multímetro para medir a resistencia de terra do núcleo, obtívose un estado de continuidade "condutivo" cun valor de resistencia de "0". Estas medicións probaron que o núcleo do transformador principal núm. 1 presentaba unha conexión á terra en múltiples puntos, especificamente unha conexión metálica.

3 Medidas de resolución

(1) Considerando que a falla de terra podería deberse a un contacto metálico blando, intentouse o método de impulso con condensador para eliminar a falla: Cargouse un condensador (con capacitancia de 26,94 μF) ata 2.500 V e descargouse tres veces no transformador principal núm. 1. Despois dos impulsos, medíase a resistencia de illamento do núcleo para determinar se se recuperara. De non recuperarse, aumentábase a tensión de proba ata 5.000 V para outros tres impulsos. Se a falla persistise, interrumpíranse novas tentativas.

(2) Se o método de impulso con condensador non conseguise eliminar a falla de terra, realizaríase unha inspección co levantamento da cuberta do transformador cando as condicións o permitisen, para localizar directamente o punto de terra e eliminar fundamentalmente a falla de terra múltiple no núcleo.

(3) Se o transformador principal non puidese desconectarse inmediatamente para a inspección e mantemento co levantamento da cuberta, podería implementarse unha medida temporal consistente en conectar unha resistencia limitadora de corrente en serie co conductor de descida á terra. O transformador principal núm. 1 estaba equipado cun dispositivo en liña de monitorización e limitación de corrente de terra do núcleo JY-BTJZ que contiña catro axustes de resistencia (115, 275, 600 e 1.500 Ω), que xa activara automaticamente a resistencia de 115 Ω baseándose na magnitude da corrente de terra. Despois da posta en servizo do equipo, intensificouse a monitorización e reducíronse os ciclos de proba para as medicións da corrente de terra do núcleo e o análisis cromatográfico do aceite do transformador con fins de seguimento.

O proceso específico de implementación no campo foi o seguinte: primeiro, desconectouse a conexión externa de terra do núcleo, e utilizouse un xerador de alta tensión de corrente continua para cargar o condensador. Despois de aproximadamente 3 minutos de carga, a tensión alcanzou os 2,5 kV. A continuación, empregando unha barra aislada, conectouse o cable ao conductor de descida do núcleo para descargar o condensador no núcleo do transformador. Tras unha descarga individual do condensador no núcleo do transformador principal núm. 1, a resistencia de illamento do núcleo aos 60 segundos recuperouse ata 9,58 GΩ, cunha razón de absorción de 1,54, coherente cos resultados anteriores das probas. Eliminouse con éxito o punto de terra.

Despois de devolver o transformador principal núm. 1 ao servizo, medimos a corrente de terra do núcleo empregando un probador de corrente de terra do núcleo, que amosou 2 mA. Simultaneamente, o dispositivo de monitorización en tempo real da corrente de terra do núcleo tamén amosou 2 mA, confirmando que a falla fora eliminada.