Transformadores de Potencia: Riscos de Curto Circuito Causas e Medidas de Melhoría

Transformadores de potencia: riscos, causas e medidas de mellora nas cortocircuitos

Os transformadores de potencia son componentes fundamentais nos sistemas de enerxía que proporcionan a transmisión de enerxía e son dispositivos inductivos cruciais que aseguran a operación segura da enerxía. A súa estrutura consiste en bobinas primarias, secundarias e un núcleo de ferro, utilizando o principio da indución electromagnética para alterar a tensión AC. A través de melloras tecnolóxicas a longo prazo, a fiabilidade e estabilidade do suministro de enerxía foron continuamente melloradas. No entanto, aínda existen diversos perigos ocultos prominentes. Algúns conxuntos de transformadores padecen dunha capacidade insuficiente de resistencia ao impacto de cortocircuitos, facéndoos propensos a fenómenos de cortocircuito. Para determinar eficazmente as causas e as localizacións dos fallos, debe intensificarse a investigación sobre os fallos de transformadores e as tecnoloxías de diagnóstico para adoptar tecnoloxías correspondentes que resolvam eficientemente os problemas de diagnóstico de fallos de transformadores.

1. Perigos dos cortocircuitos nos transformadores de potencia

• Impacto da corrente de surxo: Un cortocircuito repentino no transformador xera unha gran corrente de cortocircuito. Aínda que a súa duración é breve, antes de que se desconecte o circuito principal do transformador, este perigo pode xa estar formado, podendo causar danos internos no transformador e reducir os niveis de aislamento.

• Impacto das forzas electromagnéticas: Durante un cortocircuito, a sobrecorrente xera forzas electromagnéticas significativas que afectan a estabilidade. En casos graves, as bobinas do transformador poden verse afectadas nun certo grao, como a deformación das bobinas, o dano na forza de aislamento das bobinas e o dano a outros compoñentes. En casos extremos, isto pode levar a accidentes de seguridade eléctrica como a combustión do transformador.

2. Causas dos cortocircuitos nos transformadores de potencia

(1) Os programas de cálculo de corrente desenvólvense baseándose en modelos idealizados que supoñen unha distribución uniforme do campo magnético de fuga, diámetros de espiras idénticos e forzas en fase. No entanto, na realidade, o campo magnético de fuga nos transformadores non está distribuído uniformemente e está relativamente concentrado na sección do yugo, onde os cables electromagnéticos experimentan maiores forzas mecánicas. Nos puntos de transposición de cabos transpostos continuamente (CTC), a pendente de subida cambia a dirección da transmisión de forzas, xerando un par. Debido ao factor de módulo elástico dos bloques separadores, a distribución axial desigual dos bloques separadores pode facer que as forzas alternantes producidas por campos magnéticos de fuga alternantes experimenten resonancia retardada. Esta é a razón fundamental pola que primeiro se deforman os discos de bobina na sección do yugo do núcleo de ferro, nos puntos de transposición e nas posicións correspondentes cos cambiadores de derivación.

(2) O uso de conductores transpostos convencionais con baixa resistencia mecánica fai que sexan propensos á deformación, separación de filamentos e exposición de cobre cando están suxeitos a forzas mecánicas de cortocircuito. Ao usar conductores transpostos convencionais, as correntes grandes e as subidas de transposición pronunciadas neses puntos xeran un par significativo. Ademais, os discos de bobina nos dous extremos das bobinas experimentan un considerable par debido aos efectos combinados dos campos magnéticos de fuga radial e axial, levando a unha deformación de torción.

Por exemplo, a bobina común da fase A do transformador de 500kV Yanggao tiña 71 transposiciones, e debido ao uso de conductores transpostos convencionais relativamente gruesos, 66 destas transposiciones mostraron diferentes graos de deformación. De forma similar, o transformador principal WuJing N.º 11 tamén mostrou diferentes graos de volteo e exposición de fío nos extremos da bobina de alta tensión na sección do yugo do núcleo de ferro debido ao uso de conductores transpostos convencionais.

(3) Os cálculos de resistencia a cortocircuitos non teñen en conta o impacto da temperatura na flexibilidade e resistencia à tracción dos cables electromagnéticos. A resistencia a cortocircuitos deseñada a temperatura ambiente non pode reflicir as condicións reais de operación. Segundo os resultados das probas, a temperatura dos cables electromagnéticos afecta significativamente ao seu límite de rendemento (σ0.2). Á medida que aumenta a temperatura dos cables electromagnéticos, a súa resistencia á flexión, a resistencia à tracción e a elongación diminúen. A 250°C, a resistencia á flexión e a resistencia à tracción son considerablemente menores que a 50°C, mentres que a elongación diminúe máis do 40%. Na operación real, os transformadores alcanzan unha temperatura media de enrolamento de 105°C a carga nominal, con temperaturas de punto quente que alcanzan 118°C. A maioría dos transformadores suxiten procesos de recierre automático durante a súa operación.

polo tanto, se o punto de cortocircuito non desaparece inmediatamente, o transformador experimentará un segundo impacto de cortocircuito nun tempo moi curto (0,8 segundos). Pero, despois do primeiro impacto de corrente de cortocircuito, a temperatura do enrolamento aumenta bruscamente. Segundo as normas GB1094, a temperatura máxima permitida é de 250°C, no que a resistencia a cortocircuitos do enrolamento diminuíu significativamente. Isto explica por que a maioría dos accidentes de cortocircuito en transformadores ocorren despois das operacións de recierre.

(4) A construción laxe das bobinas, o procesado de transposición incorrecto e a excesiva delgadeza fan que os cables electromagnéticos queden suspendidos. Dende o punto de vista das localizacións de danos nos accidentes, a deformación é máis comúnmente atopada nos puntos de transposición, especialmente nas localizacións de transposición dos conductores transpostos.

(5) O uso de conductores moles é unha das principais razóns da pobre resistencia a cortocircuitos nos transformadores. Debido a unha comprensión insuficiente desta cuestión inicial ou dificultades co equipo e procesos de enrolamento, os fabricantes eran reticentes a usar conductores semirrígidos ou non tiven tal requiremiento nos seus deseños. Todos os transformadores que fallaron usaron conductores moles.

(6) As excesivas brechas de montaxe resultan en un apoio insuficiente nos cables electromagnéticos, creando perigos ocultos para a resistencia a cortocircuitos do transformador.

(7) As forzas de aperto previas desiguais aplicadas a varias bobinas ou posicións de deriva fai que os discos de bobina salten durante os impactos de cortocircuito, resultando en un estrés de flexión excesivo nos cables electromagnéticos e subsecuente deformación.

(8) A falta de tratamento de cura entre as voltas ou os fios da bobina leva a unha resistencia pobre ás cortocircuítos. As bobinas iniciais tratadas con inmersión en barniz non sufrieron danos.

(9) O control incorrecto da forza de apretado previo da bobina causa o desalineación dos conductores nos conductores convencionais transpostos.

(10) Os incidentes frecuentes de cortocircuítos externos causan efectos acumulativos das forzas electromagnéticas despois de múltiples impactos de corrente de cortocircuíto, provocando o abrandamento dos fios electromagnéticos ou o desprazamento relativo interno, e finalmente resultando no fallo da aislación.

3. Medidas de mellora para aumentar a resistencia aos cortocircuítos dos transformadores de potencia

(1) Realizar probas de cortocircuíto para prevenir problemas antes de que ocorran

 A fiabilidade operativa dos grandes transformadores depende principalmente da súa estrutura e da calidade do proceso de fabricación, seguido por varias probas realizadas durante a súa operación para coñecer oportunamente as condicións do equipo. Para entender a estabilidade mecánica dun transformador, poden realizarse probas de cortocircuíto para identificar puntos débiles para mellorar, asegurando a confianza no deseño da forza estructural dos transformadores.

(2) Estandarizar o deseño e enfatizar o proceso de compresión axial na fabricación das bobinas

Ao deseñar transformadores, os fabricantes deben ter en conta non só a redución de perdas e a mellora dos niveis de aislamento, senón tamén o aumento da forza mecánica e a resistencia a fallos de cortocircuíto. En termos de procesos de fabricación, xa que moitos transformadores utilizan placas de prensa aisladas con bobinas de alta e baixa tensión compartindo unha única placa de prensa, esta estrutura require altos estándares de procesos de fabricación. Os bloques espaciadores deben someterse a un tratamento de compactación, e despois do procesamento das bobinas, cada bobina debe secarse a presión constante medindo a altura da bobina comprimida.

Despois do procesamento mencionado, as bobinas na mesma placa de prensa deben axustarse á mesma altura. Durante a montaxe final, debe aplicarse a presión especificada ás bobinas usando dispositivos hidráulicos para lograr a altura deseñada e requerida polo proceso. Durante a montaxe final, non só se debe prestar atención á compresión das bobinas de alta tensión, senón que tamén se debe controlar especialmente a compresión das bobinas de baixa tensión.