Qual é o modo de operação do transformador elevador na geração de energia fotovoltaica?

1 Visão Geral do Processo de Geração de Energia Fotovoltaica

No meu trabalho diário como técnico de operação e manutenção de primeira linha, o processo de geração de energia fotovoltaica que encontro envolve a conexão de painéis solares individuais em módulos fotovoltaicos, que são então paralelizados através de caixas de combinação para formar uma matriz fotovoltaica. A energia solar é convertida em corrente contínua (CC) pela matriz fotovoltaica, depois transformada em corrente alternada trifásica (CA) via inversor trifásico (CC-CA). Subsequentemente, um transformador elevador aumenta a tensão para atender aos requisitos da rede elétrica pública, permitindo a integração e distribuição de energia elétrica ao equipamento conectado à rede.

2 Classificação de Falhas Comuns na Operação de Geração de Energia Fotovoltaica
2.1 Falhas na Operação da Subestação

Durante a manutenção, as falhas da subestação podem ser categorizadas em falhas nas linhas de transmissão, falhas na barra de distribuição, falhas no transformador, falhas nos disjuntores de alta tensão e equipamentos auxiliares, e falhas nos dispositivos de proteção relé. Essas falhas afetam diretamente a transformação e transmissão de energia elétrica.

2.2 Falhas na Operação da Área PV

As falhas na área PV frequentemente decorrem de práticas de instalação inadequadas, como problemas com painéis solares, strings e caixas de combinação devido a instalação imprópria, falhas no inversor por comissionamento insuficiente, e falhas no equipamento auxiliar do transformador elevador. Além disso, a falta de fiscalização durante as inspeções pode levar a perigos potenciais não detectados, agravando possíveis falhas.

2.3 Falhas de Comunicação e Automação

Embora as falhas nos sistemas de comunicação e automação possam não afetar imediatamente a geração de energia, elas dificultam a análise operacional, a detecção de defeitos e as capacidades de controle remoto, apresentando riscos de segurança que podem se agravar se não forem abordadas.

2.4 Falhas Geográficas e Ambientais

Fatores ambientais podem causar deformação do equipamento devido ao assentamento do solo, curtos-circuitos elétricos devido a espaçamentos de segurança insuficientes, corrosão devido à neblina salgada, degradação da isolação devido à umidade, e curtos-circuitos causados por invasão de animais selvagens.

3 Causas Raiz das Falhas Comuns

Teoricamente, acidentes e falhas graves podem ser prevenidos através de gestão rigorosa. No entanto, na prática, incidentes de segurança elétrica e falhas de equipamento persistem devido a:

• Defeitos de design em projetos PV iniciais resultantes de desenvolvimento apressado e falta de experiência.

• Qualidade de construção comprometida devido a cronogramas apertados, levando a trabalhos mal feitos e riscos operacionais a longo prazo.

• Incapacidade de avaliar a confiabilidade do equipamento sem testes operacionais abrangentes, resultando no uso de componentes de baixa qualidade.

• Lacunas de habilidades entre os profissionais de manutenção, muitos dos quais são novos contratados dependentes de métodos de treinamento desatualizados, faltando proficiência em diagnóstico de falhas e resposta a emergências.

4 Soluções

Estratégias técnicas para abordar falhas comuns em estações de energia PV incluem:

• Planejamento rigoroso inicial para garantir que os designs estejam alinhados com as condições específicas do local.

• Gestão abrangente da infraestrutura com rigorosa seleção e controle de qualidade dos contratados.

• Qualificação estrita do equipamento para excluir produtos subpadrão.

• Programas de treinamento aprimorados para melhorar a responsabilidade e a expertise técnica do pessoal.
  A implementação dessas medidas pode reduzir significativamente a ocorrência de falhas.

4.1 Tratamento de Falhas na Subestação

As falhas na subestação seguem protocolos padrões de gerenciamento de falhas elétricas. Em caso de interrupção de barras ou disparos de linhas, subestações de barras únicas podem experimentar um apagão completo, acionando a proteção de ilhamento e desligamento do inversor. Os operadores devem:

• Garantir a alimentação auxiliar e verificar os sistemas de backup para CC e comunicação.

• Analisar as ações dos dispositivos de proteção para identificar os tipos de falha.

• Inspeccionar os sistemas primários, localizar falhas e coordenar com os operadores da rede para restauração segura.

4.2 Causas de Falhas na Área PV

Os principais fatores contribuintes para falhas na área PV incluem:

• Práticas de instalação inadequadas, como conexões soltas, componentes subpadrão e vedação inadequada nas caixas de combinação.

• Coordenação ineficaz entre equipes de instalação, cabeamento e comissionamento de inversores e transformadores.

• Degradação ambiental, particularmente corrosão devido à neblina salgada costeira e quebra de isolamento.

• Desgaste devido à operação prolongada, incluindo afrouxamento de componentes de ventiladores, blocos terminais e fechos de invólucro.

4.3 Estratégias de Prevenção de Falhas

Medidas preventivas para falhas em equipamentos elétricos envolvem:

• Garantir que a qualidade da construção atenda aos padrões operacionais antes da entrega.

• Supervisão técnica proativa e mitigação de riscos ambientais durante a operação.

• Cultivar a responsabilidade e as habilidades analíticas do pessoal através de treinamentos direcionados.

4.4 Detecção e Tratamento de Falhas

Falhas ocultas entre painéis solares e caixas de combinação, que causam perda de energia sem sintomas óbvios, podem ser detectadas usando amperímetros de pinça para medir as correntes de string. Componentes, fusíveis ou conexões defeituosas devem ser substituídos prontamente.

4.4.1 Falhas na Caixa de Combinação

Problemas comuns incluem falhas de vedação, falhas no módulo de comunicação e superaquecimento de terminais soltos. Inspeções regulares durante a manutenção de primavera, incluindo revedação e aperto de conexões, podem mitigar os riscos de superaquecimento no verão.

4.4.2 Falhas no Inversor

Falhas no inversor, que frequentemente se manifestam como desligamentos ou problemas de inicialização, são comuns durante a operação inicial. Após a comissionamento, o superaquecimento devido à ventilação inadequada ou falhas de componentes/software é típico. Medidas preventivas incluem limpeza regular de filtros e inspeções de ventiladores.

4.4.3 Falhas no Transformador Elevador

Transformadores secos modernos raramente falham, mas problemas comuns incluem a entrada de vida selvagem devido a vedação inadequada, falhas de ventiladores e falhas de fechos de válvulas. Em projetos costeiros ou híbridos, terminações de cabos e pára-raios requerem vigilância extra para prevenir interrupções de linhas coletoras. A prevenção de falhas depende de inspeções rotineiras e monitoramento técnico.