Análise e Resolução de Aterramento Múltiplo Anormal em Núcleos de Transformadores Elétricos

A existência de múltiplos pontos de aterramento no núcleo do transformador causa dois problemas principais: em primeiro lugar, pode levar ao superaquecimento local de curto-circuito no núcleo, e, em casos graves, causar danos por queima localizada no núcleo; em segundo lugar, as correntes circulantes geradas no fio de aterramento normal do núcleo podem causar superaquecimento local no transformador e potencialmente levar a falhas do tipo descarga. Portanto, as falhas de múltiplos pontos de aterramento no núcleo dos transformadores de energia ameaçam diretamente a operação diária das subestações. Este artigo analisa uma questão anormal de aterramento múltiplo no núcleo de um transformador de energia, introduzindo o processo de análise de falha e as medidas de resolução no local.

1. Visão Geral da Falha de Aterramento

O transformador principal número 1 em uma subestação de 220 kV é do modelo SFPSZB-150000/220, fabricado em 11 de novembro de 1986 e comissionado em 8 de agosto de 1988. Originalmente, usava circulação forçada de óleo com resfriamento a ar, mas foi convertido para circulação natural de óleo com resfriamento a ar em 2012. Em 5 de março, os testes em linha do corrente de aterramento do núcleo do transformador principal número 1 mostraram 40 mA, uma desvio significativo em relação aos resultados de testes anteriores. A verificação do monitoramento online do aterramento do núcleo e do dispositivo limitador de corrente mostrou uma corrente de aterramento do núcleo de 41 mA. 

Os registros históricos indicaram que o dispositivo havia acionado automaticamente um resistor limitador de 115 Ω em 27 de fevereiro. Após determinar que o transformador principal número 1 poderia ter um problema de aterramento múltiplo no núcleo, a equipe revisou os dados de monitoramento cromatográfico online, mas não encontrou anomalias. As equipes de teste de óleo coletaram amostras do transformador principal número 1 na tarde de 5 de março para análise cromatográfica de óleo, mas os dados de teste não mostraram mudanças significativas, conforme mostrado na Tabela 1 para resultados de testes cromatográficos de gases dissolvidos. De acordo com as configurações do dispositivo de monitoramento online, quando a corrente de aterramento excede 100 mA, o dispositivo acionará automaticamente um resistor para limitar a corrente de aterramento. Com base nisso, foi determinado que o transformador principal número 1 tem uma falha de aterramento múltiplo no núcleo.

2 Análise de Falhas no Equipamento

Os dados de teste da corrente de aterramento do núcleo do transformador principal nos últimos três anos estão apresentados na Tabela 2. A comparação com os dados de teste históricos revela que as medições de corrente de aterramento do núcleo do transformador principal número 1 permaneceram consistentemente dentro das faixas normais, sem detecção de tendências anormais nos gases dissolvidos no óleo. No entanto, a corrente de aterramento mostrou um crescimento significativo, e o dispositivo limitador de corrente acionou automaticamente a resistência limitadora de corrente.

Com base na análise abrangente dessas condições, pode-se determinar que o transformador principal número 1 tem uma falha de aterramento em múltiplos pontos no núcleo. No entanto, quando ocorreu o aterramento em múltiplos pontos, o monitoramento online de aterramento do núcleo e o dispositivo limitador de corrente acionaram imediatamente a resistência no momento do aumento da corrente, limitando efetivamente a magnitude da corrente. Como resultado, não houve anomalias na análise cromatográfica dos gases dissolvidos no óleo do transformador.

Em 28 de março, durante um teste de interrupção de energia programado do transformador número 1, as medições de resistência de isolamento do núcleo confirmaram a condição de aterramento em múltiplos pontos. Os técnicos mediram a resistência de isolamento do núcleo utilizando uma tensão de 1.000V, que mostrou uma resistência de isolamento de "0". Usando um multímetro para medir a resistência de aterramento do núcleo, constatou-se um estado de continuidade "condutor" com um valor de resistência de "0". Essas medições provaram que o núcleo do transformador principal número 1 tinha aterramento em múltiplos pontos, especificamente aterramento metálico.

3 Medidas de Resolução

(1) Considerando que a falha de aterramento poderia ser causada por um contato metálico macio, foi tentado o método de impulsos de capacitor para eliminar a falha: Um capacitor (com capacitância de 26,94 μF) foi carregado a 2.500 V e descarregado três vezes no transformador principal número 1. Após os impulsos, a resistência de isolamento do núcleo foi medida para determinar se havia sido recuperada. Se não fosse recuperada, a tensão de teste seria aumentada para 5.000 V para mais três impulsos. Se a falha persistisse, as tentativas adicionais seriam descontinuadas.

(2) Se o método de impulsos de capacitor falhasse em eliminar a falha de aterramento, seria realizada uma inspeção com remoção da capa do transformador quando as condições permitissem, para localizar diretamente o ponto de aterramento e eliminar fundamentalmente a falha de aterramento em múltiplos pontos do núcleo.

(3) Se o transformador principal não pudesse ser imediatamente desenergizado para inspeção e manutenção, poderia ser implementada uma medida temporária de conectar um resistor limitador de corrente em série com o condutor de aterramento descendente. O transformador principal número 1 estava equipado com um dispositivo IEE-Business JY-BTJZ de monitoramento online e limitação de corrente de aterramento do núcleo, contendo quatro configurações de resistência (115, 275, 600 e 1.500 Ω), que já havia engajado automaticamente o resistor de 115 Ω com base na magnitude da corrente de aterramento. Após a comissionamento do equipamento, a monitorização foi intensificada com ciclos de testes encurtados para medições de corrente de aterramento do núcleo e análise cromatográfica do óleo do transformador para fins de acompanhamento.

O processo específico de implementação no campo foi o seguinte: Primeiro, a conexão externa de aterramento do núcleo foi desconectada, e um gerador de alta tensão DC foi usado para carregar o capacitor. Após aproximadamente 3 minutos de carregamento, a tensão atingiu 2,5 kV. Em seguida, usando uma vara isolada, o fio condutor foi conectado ao condutor de aterramento descendente para descarregar o capacitor no núcleo do transformador. Após uma única descarga do capacitor no núcleo do transformador principal número 1, a resistência de isolamento do núcleo recuperou-se para 9,58 GΩ após 60 segundos, com uma razão de absorção de 1,54, consistente com os resultados de testes anteriores. O ponto de aterramento foi eliminado com sucesso.

Após o retorno ao serviço do transformador principal número 1, medimos a corrente de aterramento do núcleo usando um tester de corrente de aterramento do núcleo, que indicou 2 mA. Simultaneamente, o dispositivo de monitoramento em tempo real de corrente de aterramento do núcleo também indicou 2 mA, confirmando que a falha havia sido eliminada.