Como analisar e lidar com falhas típicas de transformadores do tipo caixa em estações de energia fotovoltaica

Para analisar efetivamente as condições de falha do transformador montado em estação, este artigo seleciona um transformador montado em estação com dupla bobina secundária (ZGS11 - Z.T - 1000/38.5), que pode ser conectado a 2 inversores centralizados. A estrutura de sua unidade de geração é mostrada na Figura 1. Este transformador montado em estação adota um design de estrutura trifásica com três pernas, com 2 enrolamentos no lado de baixa tensão. A estrutura geral é dividida em três partes principais: o compartimento de alta tensão, o compartimento de baixa tensão e o tanque de óleo. Na operação real, as falhas comuns do transformador montado em estação incluem falhas de aterramento da bobina de baixa tensão, falhas de circuito aberto no lado de alta tensão e falhas de curto-circuito nos lados de alta e baixa tensão. Uma análise detalhada será realizada abaixo.

1 Falhas Típicas de Transformadores Montados em Estação em Centrais Fotovoltaicas
1.1 Falhas de Aterramento da Bobina de Baixa Tensão

Alguns transformadores montados em estação fotovoltaicos não possuem uma saída para o ponto neutro. Uma falha de aterramento monofásico no lado de baixa tensão danifica a isolamento, com as manifestações da falha variando conforme o estado do inversor centralizado.

Em condições de pouca luz, a unidade de geração pára, e o inversor se desconecta da rede, retirando energia através do transformador. Uma falha de aterramento aqui faz com que o inversor (ainda em tensão normal) funcione, mas a tensão de fase em ascensão danifica o isolamento do lado de baixa tensão a longo prazo, podendo levar a múltiplos pontos de aterramento.

Com luz suficiente, o inversor muda para o modo conectado à rede. Seu ponto neutro sem aterramento torna as falhas de aterramento monofásico difíceis de detectar—sem corrente de aterramento, a tensão de linha permanece inalterada. O sistema de controle, monitorando a tensão de linha, não detecta a anomalia. O inversor funciona, mas com eficiência reduzida, prejudicando os benefícios fotovoltaicos.

1.2 Falhas de Circuito Aberto no Lado de Alta Tensão

As falhas de circuito aberto se dividem em desligamento do condutor de alta tensão e desligamento do enrolamento. Um desligamento do condutor de alta tensão dispara o inversor e desliga o conjunto gerador. Testes revelam ruídos anormais, odores e resistência infinita no enrolamento da fase com falha (normal para os outros), indicando a falha.

Para o desligamento do enrolamento de alta tensão, a resistência DC é duas vezes o valor inter-fase normal (não infinita). No lado de alta tensão, a tensão de linha das fases com falha e adjacentes cai para 50% da nominal; no lado de baixa tensão, a tensão de linha da fase correspondente diminui (não zero, devido à tensão induzida).

1.3 Falhas de Curto-Circuito nos Lados de Alta e Baixa Tensão

Falhas de curto-circuito entre fases ocorrem frequentemente, disparando o disjuntor correspondente e causando ruídos, jatos de óleo e odores.

Para lidar com as falhas: primeiro, compreenda a situação a partir das ações de proteção, então mova o transformador para manutenção, tome medidas de segurança e desmonte a unidade para inspeção. As falhas iniciais podem ser entre fases; se piorarem, haverá dano ao enrolamento e substituição do núcleo.

Uma falha real começou como um curto-circuito entre fases de baixa tensão, levando a uma quebra de isolamento entre os enrolamentos de alta e baixa tensão sob descarga impulsiva. Isso causou uma descarga severa, dano ao núcleo, problemas no tanque de óleo. A causa raiz foi a fraqueza intrínseca do isolamento.

2 Prevenção de Falhas em Transformadores Montados em Estação em Centrais Fotovoltaicas
2.1 Dispositivos de Monitoramento de Isolamento

O transformador monitorado usa uma conexão estrela trifásica de três fios. As falhas de aterramento monofásico (sem ponto neutro) mal alteram a tensão de linha, tornando a detecção difícil e arriscando agravamento da falha. Adicione um dispositivo de monitoramento de isolamento para alarmar e permitir a desmontagem oportuna da unidade defeituosa. Use um inversor conectado ao ponto neutro (preferencialmente do tipo yyn11) para melhor tratamento de falhas de aterramento.

2.2 Monitoramento de Isolamento Rotineiro

Inspeções regulares rigorosas (com foco no isolamento) detectam defeitos precocemente, reduzindo falhas internas do equipamento. Aumente a frequência de monitoramento de isolamento do transformador montado em estação durante a operação e manutenção.

2.3 Testes de Amostras de Óleo

Defeitos de isolamento interno causam falhas. Testes regulares de amostras de óleo capturam mudanças nos componentes relacionadas a calor/descarga durante a deterioração. Reforce o monitoramento e testes de temperatura do óleo para evitar falhas induzidas por superaquecimento.

2.4 Seleção Técnica na Construção

Garanta a segurança a longo prazo fazendo uma boa seleção de local, projeto elétrico e seleção de equipamentos na fase de construção—garantindo a qualidade do produto e a conformidade com o projeto da estação.

3 Conclusão

Este artigo analisa as falhas comuns de aterramento, desligamento e curto-circuito de um transformador montado em estação típico em centrais fotovoltaicas. Para evitar falhas, fortaleça o monitoramento rotineiro de isolamento, enfatize os testes no tanque de óleo e, quando possível, adicione dispositivos de isolamento—garantindo a operação segura.