Analisi e Risoluzione dell'Innesto Anomalo Multi-Punto a Terra nei Nuclei dei Trasformatori Elettrici

L'esistenza di un'interconnessione multi-punto nel nucleo dei trasformatori causa due problemi principali: in primo luogo, può portare a sovraccarichi locali e surriscaldamenti nel nucleo, e in casi gravi, a danni da bruciatura localizzata del nucleo; in secondo luogo, le correnti circolanti generate nel cavo di messa a terra normale del nucleo possono causare sovraccarichi locali nel trasformatore e potenzialmente portare a guasti di tipo scarica. Pertanto, i guasti di interconnessione multi-punto nei nuclei dei trasformatori di potenza minacciano direttamente l'operazione quotidiana delle sottostazioni. Questo articolo analizza un'anomalia di interconnessione multi-punto in un nucleo di trasformatore di potenza, introducendo il processo di analisi del guasto e le misure di risoluzione sul campo.

1.Panoramica del Guasto di Messa a Terra

Il trasformatore principale n. 1 in una sottostazione da 220 kV è un modello SFPSZB-150000/220, prodotto l'11 novembre 1986 e messo in servizio l'8 agosto 1988. Inizialmente utilizzava la circolazione forzata d'olio con raffreddamento ad aria, ma è stato convertito al raffreddamento ad aria con circolazione naturale nel 2012. Il 5 marzo, durante un test in diretta della corrente di messa a terra del nucleo per il trasformatore principale n. 1, si è rilevato un valore di 40 mA, significativamente diverso dai risultati dei test precedenti. L'esame del monitoraggio online della messa a terra del nucleo e del dispositivo limitatore di corrente ha mostrato una corrente di messa a terra del nucleo di 41 mA. 

I registri storici indicavano che il dispositivo aveva automaticamente inserito una resistenza limitatrice di 115 Ω il 27 febbraio. Dopo aver stabilito che il trasformatore principale n. 1 potesse avere un problema di interconnessione multi-punto del nucleo, il personale ha esaminato i dati del monitoraggio cromatografico online, ma non ha rilevato anomalie. Il personale responsabile dell'analisi dell'olio ha raccolto campioni dal trasformatore principale n. 1 nel pomeriggio del 5 marzo per un'analisi cromatografica, ma i dati del test non hanno mostrato cambiamenti significativi, come mostrato nella Tabella 1 per i risultati del test cromatografico dei gas disciolti. Secondo le impostazioni del dispositivo di monitoraggio online, quando la corrente di messa a terra supera 100 mA, il dispositivo inserirà automaticamente una resistenza per limitare la corrente di messa a terra. Basandosi su ciò, è stato determinato che il trasformatore principale n. 1 presenta un guasto di interconnessione multi-punto del nucleo.

2 Analisi dei guasti dell'attrezzatura

I dati di prova della corrente di massa del trasformatore principale negli ultimi tre anni sono riportati nella Tabella 2. Confrontando i dati storici delle prove, si rileva che le misurazioni della corrente di massa per il trasformatore principale n. 1 sono rimaste costantemente entro i limiti normali, senza tendenze anomale rilevate nei gas disciolti nell'olio. Tuttavia, la corrente di massa ha mostrato un aumento significativo e il dispositivo limitatore di corrente ha automaticamente inserito il resistore limitatore.

In base ad un'analisi complessiva di queste condizioni, si può determinare che il trasformatore principale n. 1 presenta un guasto di massa multi-punto. Tuttavia, al verificarsi del contatto multi-punto, il monitoraggio in linea della massa e il dispositivo limitatore di corrente hanno immediatamente inserito il resistore al momento dell'aumento della corrente, limitando efficacemente l'entità della corrente. Di conseguenza, non sono apparsi anomalie nell'analisi cromatografica dei gas disciolti nell'olio del trasformatore.

Il 28 marzo, durante un test di interruzione programmata dell'energia del trasformatore n. 1, le misurazioni della resistenza d'isolamento del nucleo hanno confermato la condizione di terra multipla. Il personale di prova ha misurato la resistenza d'isolamento del nucleo utilizzando una tensione di 1.000 V, che ha mostrato una resistenza d'isolamento di "0". Utilizzando un multimetro per misurare la resistenza di terra del nucleo, si è rilevato uno stato di continuità "conduttivo" con un valore di resistenza di "0". Queste misurazioni hanno dimostrato che il nucleo del trasformatore principale n. 1 aveva una terra multipla, specificamente una terra metallica.

3 Misure di Risoluzione

(1) Considerando che il guasto di terra potesse essere causato da un contatto metallico morbido, è stato tentato il metodo dell'impulso del condensatore per eliminare il guasto: un condensatore (con capacità di 26,94 μF) è stato caricato a 2.500 V e scaricato tre volte nel trasformatore principale n. 1. Dopo gli impulsi, la resistenza d'isolamento del nucleo è stata misurata per determinare se fosse stata ripristinata. Se non era stata ripristinata, la tensione di prova è stata aumentata a 5.000 V per altri tre impulsi. Se il guasto persisteva, ulteriori tentativi sarebbero stati interrotti.

(2) Se il metodo dell'impulso del condensatore non riusciva a eliminare il guasto di terra, sarebbe stata eseguita un'ispezione con sollevamento del coperchio del trasformatore quando le condizioni lo permettevano, per localizzare direttamente il punto di terra ed eliminare fondamentalmente il guasto di terra multipla del nucleo.

(3) Se il trasformatore principale non poteva essere immediatamente de-energizzato per l'ispezione e la manutenzione del coperchio, poteva essere implementata una misura temporanea di connessione di un resistore limitatore di corrente in serie con il conduttore di discesa di terra. Il trasformatore principale n. 1 era dotato di un dispositivo di monitoraggio online e limitazione di corrente JY-BTJZ del nucleo contenente quattro impostazioni di resistenza (115, 275, 600 e 1.500 Ω), che aveva già automaticamente inserito la resistenza di 115 Ω in base all'entità della corrente di terra. Dopo la messa in servizio dell'equipaggiamento, il monitoraggio è stato intensificato con cicli di prova più brevi per le misurazioni della corrente di terra del nucleo e l'analisi cromatografica dell'olio del trasformatore per scopi di tracciabilità.

Il processo di implementazione sul campo specifico era il seguente: prima, la connessione esterna di terra del nucleo è stata disconnessa e un generatore di alta tensione continua è stato utilizzato per caricare il condensatore. Dopo circa 3 minuti di carica, la tensione è raggiunta i 2,5 kV. Quindi, utilizzando un bastone isolante, il filo di collegamento è stato connesso al conduttore di discesa del nucleo per scaricare il condensatore nel nucleo del trasformatore. Dopo un singolo scarico del condensatore nel nucleo del trasformatore principale n. 1, la resistenza d'isolamento del nucleo a 60 secondi è tornata a 9,58 GΩ, con un rapporto di assorbimento di 1,54, coerente con i risultati dei test precedenti. Il punto di terra è stato eliminato con successo.

Dopo che il trasformatore principale n. 1 è stato rimesso in servizio, abbiamo misurato la corrente di terra del nucleo utilizzando un tester di corrente di terra del nucleo, che ha mostrato 2 mA. Simultaneamente, il dispositivo di monitoraggio in tempo reale della corrente di terra del nucleo ha anche mostrato 2 mA, confermando che il guasto era stato eliminato.