Que son os fallos comúns nos transformadores de distribución monofásicos

Os transformadores de distribución monofásicos, como equipamento crucial para a transformación de tensión e a distribución de enerxía no sistema eléctrico, son ampliamente utilizados nas redes eléctricas rurais, áreas residenciais de baixa tensión e zonas con cargas monofásicas concentradas. Con o continuo aumento da proporción de cargas monofásicas na rede de distribución, a taxa de fallos dos transformadores monofásicos tamén aumentou. A identificación e o manejo oportunos destes fallos son de gran significado para garantir o suministro de enerxía. Segundo as últimas investigacións, os fallos comúns dos transformadores de distribución monofásicos se centran principalmente en cinco categorías: fallos de bobinas, envelhecemento do aislamento, fuga de aceite, temperatura anormal e fallos nos bornes de baixa tensión. Estes fallos non só interfieren na operación normal do transformador, senón que tamén poden causar danos no equipo e interrupcións no suministro de enerxía. Este artigo analizará comprehensivamente as causas, características e métodos de manejo de diversos fallos, proporcionando orientación práctica para o persoal de operación e manutención do sistema eléctrico.

1. Fallos de Bobinas

Os fallos de bobinas son o tipo de fallo máis frecuente en transformadores de distribución monofásicos, incluíndo curtos circuitos entre espiras, circuitos abertos e fallos de aterrado das bobinas. Estes fallos son xeralmente causados polo envelhecemento do material aislante, danos mecánicos ou defectos de fabricación. Un curto circuito entre espiras na bobina provocará un sobreaquecimento local dentro do transformador, acelerando o envelhecemento do aislamento e podendo levar finalmente ao dano total da bobina. As investigacións mostran que cando hai un curto circuito leve na bobina do transformador, dispositivos tradicionais como a protección diferencial e a protección por gas poden non funcionar na fase inicial do fallo, colocando maiores requisitos na capacidade de identificación de fallos do persoal de operación e manutención.

(1) Manifestacións do Fallo

• Ruido Anormal: O transformador emite un son de "bullir" do aceite ou un son de "chisporroteo" de descarga.

• Temperatura Anormal: A temperatura do aceite supera o estándar. Cando o contido de gases no aceite excede o valor de atención, debe verificarse inmediatamente o estado do transformador (de acordo coas normas IEC).

• Desbalance de Resistencia: A taxa de desbalance da resistencia DC da bobina supera o 2% (valor permisible), indicando posible deformación da bobina ou contacto deficiente.

• Tensión Anormal: A tensión de saída é inestable e disminúe significativamente. Ademais, a bobina de baixa tensión é máis susceptible de deformarse durante un curto circuito súbito (a bobina de baixa tensión é máis susceptible de deformarse baixo presión).

(2) Medidas de Manejo

• Parada de Emerxencia: Cortar inmediatamente o suministro de enerxía e detener a operación do transformador.

• Detección Precisa: Utilizar un termómetro infravermellos para comprobar a distribución de temperatura da bobina, localizar o fallo; medir a resistencia DC e a capacitancia para avaliar o grao de deformación.

• Reparación e Substitución: Se é necesario, levantar a tapa para a manutención, reparar ou substituír a bobina danada.

(3) Estratexias de Prevención

• Pruebas Regulares: Realizar pruebas de aislamento das bobinas para entender o estado do aislamento.

• Evitar Sobrecargas: Prohibir estritamente a operación de sobrecarga prolongada do transformador para reducir o risco de danos na bobina.

• Inspección Preventiva: Realizar inspeccións preventivas antes do período de carga pico para identificar perigos ocultos.

• Instalación Estable: Asegurar que o transformador estea instalado de forma segura para reducir o impacto da vibración na bobina.

2. Fallos de Envelhecemento do Aislamento

O envelhecemento do aislamento é o segundo fallo máis común en transformadores de distribución monofásicos, incluíndo o envelhecemento dos materiais de aislamento sólidos e a deterioración do aislamiento do aceite. O envelhecemento do aislamento reducirá o rendemento aislante do transformador e acelerará o envelhecemento global do equipo. Segundo as estatísticas, pode acortar a vida útil deseñada (35 - 40 anos) do transformador a aproximadamente 20 anos, especialmente en transformadores que teñan estado en operación a longo prazo, en ambientes adversos ou con manutención e operación insuficientes.

(1) Manifestacións do Fallo

• Cambio de Calidade do Aceite: O aceite do transformador vai cambiando gradualmente dun amarelo claro a laranxa ou marrón, e incluso aparecen depósitos de carbono.

• Descenso do Aislamento: O valor da proba de resistencia aislante é inferior ao estándar, e o volume de descargas parciais aumenta.

• Son Abnormal: O son de operación é agudo e irregular, e a taxa de envelhecemento está positivamente correlacionada coa temperatura (segundo a teoría de Arrhenius, a taxa de envelhecemento duplica por cada aumento de 6°C na temperatura).

(2) Métodos de Manejo

• Análise de Muestra de Aceite: Realizar análise cromatográfica para detectar o contido de gases característicos e xudicar o grao de envelhecemento.

• Disposición do Aceite e Material: De acordo coa situación de envelhecemento, decidir se é necesario cambiar o aceite, substituír o material de aislamento sólido e realizar unha revisión integral se é necesario.

(3) Estratexias de Prevención

• Detección Regular: Regularizar a detección da calidade do aceite e as probas de resistencia aislante para controlar o estado do aislamento.

• Operación Controlada de Temperatura: Mantener unha temperatura razonable (norma GB: o aumento medio de temperatura da bobina do transformador imerso en aceite ≤ 65°C, e o aumento de temperatura do aceite superior ≤ 55°C).

• Optimización do Ambiente: Melorar o ambiente de operación, reducir a erosión pola poeira, humidade e gases nocivos; seleccionar transformadores de alta eficiencia como o tipo S11 para reducir o aumento de temperatura e as perdas.

3. Fallos de Fugas de Aceite

A fuga de aceite é un fallo frecuente e pernicioso en transformadores de distribución monofásicos. Representa máis do 40% dos fallos en transformadores de potencia, afectando o aislamento e o rendemento térmico, e causando incendios, contaminación e perdas económicas no equipo.

(1) Manifestacións do Fallo

• Descenso do Nivel de Aceite: O indicador de nivel de aceite mostra un descenso no nivel de aceite, e poden verse manchas de aceite na superficie do tanque de aceite.

• Anomalías Relacionadas: O son de operación é agudo e irregular, o aislamento de aceite e papel está húmido, e a fuga se agrava en días de chuvia e entornos de alta humidade.

(2) Causas do Fallo

Envejecimiento/deterioro das xuntas, fisuras nas soldaduras, instalación incorrecta dos bushings, conexiones afrouxadas debido á vibración, corrosión do tanque de aceite e presión de aceite anormal causada por un respirador obstruído.

(3) Métodos de Manejo

• Tratamento Gradual: Reparar temporalmente pequenas fugas, e parar inmediatamente e realizar unha revisión integral para fugas graves.

• Reparación Raíz: Substituir as xuntas, reparar as soldaduras/conexiones, limpar o respirador e asegurar o funcionamento normal do conservador de aceite.

(4) Estratexias de Prevención

• Inspección de Xuntas: Inspeccionar regularmente o estado de sellado e reforzar a fixación en entornos de vibración.

• Actualización de Materiais: Usar materiais de sellado de alta calidad, limpar o tanque de aceite para prevenir a corrosión; os transformadores antigos poden ser substituídos por produtos con novas estructuras de sellado.

4. Fallos de Temperatura Anormal

A temperatura anormal é un tipo de fallo clave en transformadores de distribución monofásicos, incluíndo sobreaquecimento da bobina, sobreaquecimento local do núcleo de ferro e aumento da temperatura do aceite. É o "disparador" de fallos como o envelhecemento do aislamento, la fuga de aceite e a deformación da bobina. Según as normas IEC, cando a temperatura do punto máis quente alcanza os 140°C, xéranse burbuxas no aceite, o que reducirá o aislamento ou causará un flashover, danando o transformador.

(1) Manifestacións do Fallo

• Temperatura Superada: O indicador de temperatura de aceite muestra unha anomalia, a superficie local está sobreaquecida e descolorida, e o nivel de aceite do conservador de aceite é anormal.

• Son Anormal: Emete un son de "zumbido", que se volve máis forte á medida que aumenta a carga; a cor do aceite escurece e aparecen depósitos de carbono.

(2) Causas do Fallo

Sobrecarga do transformador, fallos internos (curto circuito na bobina/núcleo de ferro), fallos no sistema de refrigeración, temperatura ambiente elevada, volume de aceite insuficiente debido a un mal sellado e mala ventilación na instalación.

(3) Métodos de Manejo

• Reducción de Carga e Parada: Reducir inmediatamente a carga ou parar, e comprobar o sistema de refrigeración.

• Diagnóstico Preciso: Usar un termómetro infravermellos para localizar o punto sobreaquecido, tomar unha mostra de aceite para análise cromatográfica, comprobar fallos internos; reparar as causas externas.

(4) Estratexias de Prevención

• Monitorización e Análise: Monitorizar regularmente a temperatura, establecer unha análise de tendencias; evitar a sobrecarga a longo prazo.

• Optimización do Ambiente: Optimizar a posición de instalación para asegurar a ventilación; limpar a suxidade no radiador; aumentar a capacidade ou operar múltiples unidades en paralelo en zonas de alta carga, e instalar sombras e dispositivos de ventilación en entornos de alta temperatura.

5. Fallos nos Bornes de Baixa Tensión

Os fallos nos bornes de baixa tensión son únicos en transformadores de distribución monofásicos, incluíndo contacto deficiente, circuitos abertos e conexiones incorrectas. Como o lado de baixa tensión adoita adoptar un deseño de bornes (como tres/cuatro bornes), a calidade da conexión afecta directamente a tensión de saída e a estabilidade da operación, sendo común en transformadores con fluctuacións de carga grandes e manutención insuficiente.

(1) Manifestacións do Fallo

• Anomalia de Tensión: A tensión de saída é inestable, demasiado alta/baixa.

• Son Anormal: Emete un son de "clatter" "rustling" de fricción mecánica, que é evidente cando cambia a carga; a tensión no lado de baixa tensión está desequilibrada, e a temperatura de operación é anormalmente alta.

(2) Causas do Fallo

Soldadura deficiente nos bornes, oxidación da superficie de contacto, instalación insegura, fallo na restauración das conexiones durante a operación e manutención, resistencia de contacto grande debido a un ambiente húmido, e desgaste do punto de contacto debido a fluctuacións de carga.

(3) Métodos de Manejo

• Manutenção con Corte de Corrente: Comprobar a conexión dos bornes, volver a soldar e apertar as partes afrouxadas, substituir componentes envejecidos.

• Limpieza e Protección: Limpar as partes con contacto deficiente para asegurar un buen contacto do interruptor de cambio de bornes.

(4) Estratexias de Prevención

• Inspección Regular: Regularizar a inspección das conexiones de bornes, e usar materiais y procesos de soldadura de alta calidade.

• Adaptación ao Ambiente: Reforzar medidas antihumedade en ambientes húmidos; para transformadores con ajustes de bornes frecuentes, substituír con métodos de conexión confiables; substituír equipos antigos por produtos con novos diseños de bornes.

6. Aplicación da Tecnoloxía de Monitorización Intelixente no Diagnóstico de Fallos

Con o desenvolvemento da rede intelixente, o modo de diagnóstico tradicional baseado na experiencia manual e instrumentos simples está sendo gradualmente substituído pola tecnoloxía de monitorización intelixente. O sistema de diagnóstico de fallos baseado en inteligencia artificial pode monitorizar o estado de operación en tempo real, alertar con antelación aos riscos e mellorar a precisión e eficiencia do diagnóstico.

(1) Tecnoloxías Principais

• Medición de Temperatura por Sensores Infravermellos: Con unha precisión de ±1°C, pode detectar temperaturas anormais con precisión.

• Diagnóstico por Reconocemento de Signaturas Acústicas: Analizar a frecuencia e características do son de operación para distinguir entre sons normais e de fallos.

• Análise de Gases Disueltos no Aceite: Detectar o contido de gases característicos para determinar o tipo e o grao de fallos internos.

• Sistema de Aprendizaxe Máquina: Integrar múltiples parámetros para establecer un modelo de predición de fallos.

(2) Efectos da Aplicación

Despois de aplicar a medición de temperatura por infravermellos, unha empresa eléctrica aumentou a taxa de detección de fallos en un 65% e reduciu o tempo de procesamento en un 40%; o reconhecemento de signaturas acústicas pode detectar fallos de bobinas 3-6 meses con antelación. O sistema intelixente tamén pode localizar fallos e avaliar a gravidade, proporcionando unha base para as decisións de operación e manutención.

7. Medidas de Manutención e Prevención para Transformadores Monofásicos

A maioría dos fallos de transformadores de distribución monofásicos están relacionados coa operación a longo prazo, o ambiente e a manutención e operación insuficientes. Estabelecer un sistema de manutención científica e implementar medidas preventivas son clave para reducir os fallos e alargar a vida útil.

(1) Manutención Diaria

• Inspección do Estado do Aceite: Comprobar regularmente o nivel e a cor do aceite para asegurar que o nivel de aceite sexa normal e a calidade do aceite sexa boa.

• Monitorización do Estado: Monitorizar o son de operación, monitorizar a temperatura e establecer unha análise de tendencias.

• Inspección de Componentes: Comprobar a limpieza, danos e rastros de descarga dos bushings; verificar o sistema de aterramento (a resistencia de aterramento de 100 kVA e superior ≤ 4Ω, e inferior ≤ 10Ω).

• Xestión Ambiental: Asegurar a instalación estable, limpar a suxidade na superficie e prevenir a descarga de contaminación.

(2) Prevención Clasificada

• Fallos de Bobinas: Evitar a sobrecarga e realizar pruebas regulares de aislamento.

• Envelhecemento do Aislamento: Operar a una temperatura controlada e realizar deteccións regulares da calidade do aceite.

• Fugas de Aceite: Inspeccionar regularmente o sellado e reforzar a fixación en entornos de vibración.

• Temperatura Anormal: Optimizar a instalación, asegurar a ventilación e instalar dispositivos de monitorización de temperatura.

• Fallos de Bornes: Inspeccionar regularmente as conexiones, usar procesos de soldadura de alta calidade e prevenir a humidade en entornos húmidos.

(3) Adaptación e Optimización de Normas

Seleccionar transformadores de alta eficiencia de acordo coa norma GB20052-2020 para reducir as perdas e o aumento de temperatura; operar múltiples unidades en paralelo en zonas de alta carga para reducir a presión de carga nunha única unidade; reforzar a xestión ambiental para reducir a erosión externa.

8. Conclusións e Recomendacións

Os fallos comúns de transformadores de distribución monofásicos están interrelacionados, e a maioría son causados por un único factor que leva a múltiples manifestacións de fallos. Construír un sistema completo de diagnóstico de fallos que integre a experiencia tradicional e a tecnoloxía intelixente pode mellorar a precisión e eficiencia do diagnóstico.

Recomendacións para a Xestión de Operación e Manutención

• Sistema de Monitorización: Estabelecer un sistema de monitorización comprensivo para múltiples parámetros como temperatura, son e calidade do aceite para controlar o estado en tempo real.

• Optimización do Ambiente: Optimizar a posición e método de instalación para reducir o impacto ambiental