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Cómo analizar y manejar fallos típicos de transformadores de caja en estaciones de energía fotovoltaica

Felix Spark
Felix Spark
Campo: Fallo y Mantenimiento
China

Para analizar eficazmente las condiciones de fallo del transformador empotrado, este documento selecciona un transformador empotrado con doble bobina secundaria (ZGS11 - Z.T - 1000/38.5), que puede conectarse a 2 inversores centralizados. La estructura de su unidad de generación se muestra en la Figura 1. Este transformador empotrado adopta un diseño de estructura trifásica de tres pilares, con 2 bobinas en el lado de baja tensión. La estructura general se divide en tres partes principales: la cámara de alta tensión, la cámara de baja tensión y el tanque de aceite. En la operación real, los fallos comunes del transformador empotrado incluyen fallos de toma a tierra en la bobina de baja tensión, fallos de circuito abierto en el lado de alta tensión y fallos de cortocircuito en los lados de alta y baja tensión. A continuación se realizará un análisis detallado.

1 Fallos típicos de los transformadores empotrados en estaciones fotovoltaicas
1.1 Fallos de toma a tierra en la bobina de baja tensión

Algunos transformadores empotrados fotovoltaicos carecen de una derivación al punto neutro. Un fallo de toma a tierra en fase simple en el lado de baja tensión daña el aislamiento, con manifestaciones de fallo que varían según el estado del inversor centralizado.

En condiciones de poca luz, la unidad de generación se detiene y el inversor se desconecta de la red, extrayendo energía a través del transformador. Un fallo de toma a tierra aquí hace que el inversor (todavía a tensión normal) funcione, pero el aumento de la tensión de fase daña el aislamiento del lado de baja tensión a largo plazo, lo que podría llevar a tomas a tierra múltiples.

Con suficiente luz, el inversor cambia a modo de conexión a la red. Su neutral no conectado a tierra hace que los fallos de toma a tierra en fase simple sean difíciles de detectar, sin corriente a tierra y con tensión de línea inalterada. El sistema de control, que monitorea la tensión de línea, no detecta la anomalía. El inversor funciona, pero con menor eficiencia, perjudicando los beneficios fotovoltaicos.

1.2 Fallos de circuito abierto en el lado de alta tensión

Los fallos de circuito abierto se dividen en desconexión del conductor de alta tensión y desconexión de la bobina. Una desconexión del conductor de alta tensión provoca el desenganche del inversor y la parada del conjunto de generación. Las pruebas revelan ruidos anormales, olores y resistencia infinita en la bobina de la fase con fallo (normal para las demás), indicando el fallo.

Para la desconexión de la bobina de alta tensión, la resistencia directa es el doble del valor interfasa normal (no infinito). En el lado de alta tensión, la tensión de línea de la fase con fallo y las fases adyacentes disminuye al 50% de la nominal; en el lado de baja tensión, la tensión de línea de la fase correspondiente disminuye (no a cero, debido a la tensión inducida).

1.3 Fallos de cortocircuito en los lados de alta y baja tensión

Los fallos de cortocircuito interfasa ocurren con frecuencia, provocando el desenganche del interruptor correspondiente y causando ruidos, proyección de aceite y olores.

Para manejar los fallos: primero, comprender la situación a partir de las acciones de protección, luego mover el transformador a mantenimiento, tomar medidas de seguridad y desmontar la unidad para inspeccionar. Los fallos iniciales pueden ser interfasa; si empeoran, sigue el daño de la bobina y la sustitución del núcleo.

Un fallo real comenzó como un cortocircuito interfasa de baja tensión, lo que llevó a la ruptura de las bobinas de alta y baja tensión bajo descarga impulsiva. Esto causó una descarga severa, dañando el núcleo y el tanque de aceite. La causa raíz fue debilidades inherentes en el aislamiento.

2 Prevención de fallos en los transformadores empotrados de estaciones fotovoltaicas
2.1 Dispositivos de monitorización de aislamiento

El transformador monitoreado utiliza una conexión estrella trifásica de tres hilos. Los fallos de toma a tierra en fase simple (sin punto neutro) apenas cambian la tensión de línea, lo que dificulta la detección y aumenta el riesgo de que el fallo empeore. Agregue un dispositivo de monitorización de aislamiento para alertar y permitir el desmontaje oportuno de la unidad defectuosa. Utilice un inversor conectado al punto neutro (preferiblemente tipo yyn11) para un mejor manejo de los fallos de toma a tierra.

2.2 Monitorización de aislamiento rutinaria

Inspecciones regulares estrictas (centradas en el aislamiento) detectan defectos temprano, reduciendo las fallas internas del equipo. Aumente la frecuencia de la monitorización de aislamiento de los transformadores empotrados en la operación y el mantenimiento.

2.3 Pruebas de muestras de aceite

Los defectos de aislamiento interno causan fallos. Las pruebas regulares de muestras de aceite capturan cambios en los componentes relacionados con el calor y la descarga durante la degradación. Refuerce la monitorización y las pruebas de temperatura del aceite para evitar fallos inducidos por sobrecalentamiento.

2.4 Selección técnica en la construcción

Asegure la seguridad a largo plazo realizando una buena selección de sitio, diseño eléctrico y selección de equipos en la fase de construcción, garantizando la calidad del producto y el cumplimiento del diseño de la estación.

3 Conclusión

Este documento analiza los fallos comunes de toma a tierra, desconexión y cortocircuito de un transformador empotrado típico en estaciones fotovoltaicas. Para evitar fallos, fortalezca la monitorización de aislamiento rutinaria, enfatice las pruebas del tanque de aceite y agregue dispositivos de aislamiento cuando sea posible, asegurando así la operación segura.

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