Cómo manejar fallas en transformadores
Fallas comunes de transformadores y sus métodos de manejo.
1. Sobrecalentamiento del transformador
El sobrecalentamiento es extremadamente perjudicial para los transformadores. La mayoría de las fallas de aislamiento de los transformadores son causadas por el sobrecalentamiento. El aumento de la temperatura reduce la resistencia dieléctrica y mecánica de los materiales de aislamiento. IEC 354, Guía de Carga para Transformadores, establece que cuando la temperatura del punto más caliente de un transformador alcanza 140°C, se formarán burbujas en el aceite. Estas burbujas pueden reducir el rendimiento del aislamiento o causar un flashover, lo que lleva a daños en el transformador.
El sobrecalentamiento afecta enormemente la vida útil de los transformadores. Según la regla de 6°C de los transformadores, dentro del rango de temperatura de 80–140°C, por cada 6°C de aumento en la temperatura, la tasa a la que se reduce la vida útil efectiva del aislamiento del transformador se duplica. La norma nacional GB1094 también especifica que el límite de elevación de temperatura promedio de los devanados para transformadores sumergidos en aceite es 65K, la elevación de temperatura del aceite superior es 55K, y para el núcleo y el tanque es 80K.
El sobrecalentamiento del transformador se manifiesta principalmente como un aumento anormal de la temperatura del aceite. Las posibles causas principales incluyen: (1) sobrecarga del transformador; (2) fallo del sistema de enfriamiento (o comprometimiento incompleto del sistema de enfriamiento); (3) fallo interno del transformador; (4) indicación incorrecta del dispositivo de medición de temperatura.
Cuando se detecta un aumento anormal de la temperatura del aceite del transformador, se deben verificar una por una las posibles causas mencionadas anteriormente para hacer un juicio preciso. Los puntos clave de inspección y manejo son los siguientes:
(1) Si los instrumentos de operación indican que el transformador está sobrecargado, y los termómetros de las tres fases en un banco de transformadores monofásicos muestran lecturas básicamente consistentes (con posible desviación de unos pocos grados), y el transformador y el sistema de enfriamiento están funcionando normalmente, el aumento de temperatura probablemente sea causado por la sobrecarga. En este caso, se debe fortalecer la monitorización del transformador (carga, temperatura, estado de operación), informar inmediatamente al departamento de despacho superior, y recomendar la transferencia de carga para reducir la magnitud y duración de la sobrecarga.
(2) Si el aumento de temperatura se debe a un comprometimiento incompleto del sistema de enfriamiento, el sistema debe ser activado inmediatamente. Si el sistema de enfriamiento ha fallado, se debe identificar rápidamente la causa y abordarla inmediatamente. Si no se puede resolver el fallo de manera rápida, se debe vigilar de cerca la temperatura y la carga del transformador, informar continuamente al departamento de despacho y a la gestión de producción, reducir la carga del transformador, y operar el transformador según el valor de carga correspondiente que coincida con la capacidad de enfriamiento bajo las condiciones actuales de enfriamiento.
(3) Si el dispositivo de medición de temperatura remoto emite una señal de alarma de alta temperatura con un valor indicado muy alto, pero el termómetro local muestra lecturas normales y no hay otras señales de fallos en el transformador, la alarma puede ser una señal falsa debido a un fallo en el circuito de medición de temperatura remota. Tales fallos pueden corregirse en un momento apropiado.
(4) Si en un banco de transformadores trifásico, la temperatura del aceite de una fase aumenta significativamente más que su temperatura histórica de aceite bajo las mismas condiciones de carga y enfriamiento, y el sistema de enfriamiento y el termómetro son normales, el sobrecalentamiento puede ser causado por un fallo interno en el transformador. Se debe notificar inmediatamente a personal especializado para tomar una muestra de aceite para análisis cromatográfico para identificar aún más el fallo. Si el análisis cromatográfico indica un fallo interno, o si la temperatura del aceite continúa aumentando bajo condiciones de carga y enfriamiento inalteradas, el transformador debe ser retirado del servicio de acuerdo con las regulaciones en el lugar.
2. Fallo del sistema de enfriamiento
El sistema de enfriamiento ayuda a disipar el calor de los devanados y el núcleo a través del aceite del transformador. Todos los transformadores principales de 500kV utilizan circulación forzada de aceite con enfriamiento forzado por aire. Que el sistema de enfriamiento esté funcionando normalmente es una condición crítica para la operación normal del transformador. El fallo del equipo de enfriamiento es una falla común de los transformadores. Cuando falla el equipo de enfriamiento, la temperatura de operación del transformador aumenta rápidamente, y la pérdida de vida útil del aislamiento aumenta de manera aguda.
Durante el fallo del equipo de enfriamiento, los operadores deben vigilar de cerca la temperatura y la carga del transformador, informar continuamente al departamento de despacho y a los supervisores de operación. Si la carga del transformador excede el límite especificado bajo condiciones de enfriamiento defectuoso, se debe solicitar una reducción de carga de acuerdo con las regulaciones en el lugar.
Es importante tener en cuenta que durante el aumento de la temperatura del aceite, el núcleo y los devanados se calientan más rápido que el aceite. La temperatura del aceite puede parecer que solo aumenta ligeramente, pero las temperaturas del núcleo y los devanados pueden estar ya muy altas. Especialmente cuando fallan las bombas de aceite, el aumento de temperatura de los devanados en relación con el aceite supera con creces el valor normal especificado en la placa de datos. La temperatura del aceite puede parecer que solo aumenta ligeramente o no de manera notable, mientras que las temperaturas del núcleo y los devanados pueden ya superar con creces los límites permitidos.
Más tarde, a medida que la temperatura del aceite aumenta gradualmente, las temperaturas del núcleo y los devanados continuarán aumentando hasta valores aún más altos, manteniendo un cierto aumento de temperatura sobre el aceite bajo las condiciones de carga y enfriamiento dadas. Por lo tanto, cuando falle el equipo de enfriamiento, no solo se deben observar las temperaturas del aceite y los devanados, sino también seguir la capacidad y el tiempo de operación permitidos del transformador bajo el apagón del sistema de enfriamiento, según lo especificado por el fabricante y las regulaciones en el lugar. También se deben monitorear otros cambios operativos para evaluar de manera integral el estado de operación del transformador.
Para verificar el fallo del equipo de enfriamiento, determine el alcance del apagón (ventilador individual o bomba de aceite detenida, grupo completo detenido, monofásico o trifásico detenido), consulte el diagrama del circuito de control del sistema de enfriamiento para localizar el punto de fallo, y minimice el tiempo de inactividad del equipo de enfriamiento.
Si un ventilador o bomba de aceite individual falla mientras los demás funcionan normalmente, las posibles causas incluyen:
Una fase de la alimentación trifásica al ventilador o bomba de aceite está en circuito abierto (fusible fundido, mal contacto o cable roto), causando un aumento de la corriente del motor, operación del relé térmico o corte de energía, o quema del motor;
Fallo en el rodamiento o en la mecánica del ventilador o bomba de aceite;
Falla en el relé de control correspondiente, contactor u otros componentes en el circuito de control del ventilador o bomba de aceite, o interrupción del circuito (por ejemplo, terminal suelta, mal contacto);
Ajuste del relé térmico demasiado bajo, causando una operación falsa.
Si se encuentra que la causa es un fallo en la alimentación eléctrica o en el circuito, se debe reparar rápidamente el cable roto, reemplazar los fusibles y restaurar la alimentación y el circuito. Si el relé de control está dañado, se debe reemplazar con uno de repuesto. Si el ventilador o la bomba de aceite están dañados, se debe solicitar mantenimiento inmediatamente.
Si un grupo (o varios) de ventiladores o bombas de aceite se detienen simultáneamente, la causa probable es un fallo en la alimentación eléctrica a ese grupo, fusible fundido, operación del relé térmico o relé de control dañado. Se debe poner en marcha inmediatamente el ventilador o bomba de aceite de reserva, luego se debe restaurar el fallo.
Si todos los ventiladores o bombas de aceite de un transformador principal se detienen, debe ser debido a un fallo en la alimentación eléctrica principal de una o todas las tres fases del sistema de enfriamiento. En este caso, se debe verificar si la fuente de alimentación de reserva se ha conectado automáticamente. Si no, se debe conectar manualmente la fuente de alimentación de reserva rápidamente, identificar la causa del fallo y eliminarla.
Al manejar fallos en la alimentación eléctrica y restaurar la energía, preste atención a lo siguiente:
Al reemplazar los fusibles, primero abra el interruptor de la fuente de alimentación y del lado de la carga. Durante la sustitución de fusibles en vivo, cuando se instala la segunda fase, el motor trifásico recibe alimentación bifásica, generando una gran corriente que puede fundir el fusible recién instalado.
Utilice fusibles con especificaciones y capacidad que coincidan con el diseño.
Al restaurar la energía y reiniciar el equipo de enfriamiento, inicie en etapas o grupos tanto como sea posible para evitar el arranque simultáneo de todos los ventiladores y bombas de aceite, lo que puede causar un pico de corriente y fundir los fusibles nuevamente.
Después de que se restablezca la alimentación trifásica, si los ventiladores o bombas de aceite aún no comienzan, puede ser porque el relé térmico no se ha reiniciado. Reinicie el relé térmico. Si no existe ningún fallo en el equipo de enfriamiento, debería reiniciar normalmente.
3. Nivel Anormal de Aceite
El nivel anormal de aceite del transformador incluye el nivel anormal de aceite del tanque principal y el nivel anormal de aceite del cambiador de tomas bajo carga (OLTC). Los transformadores de 500 kV generalmente utilizan depósitos de aceite con diafragmas o vejigas, con indicadores de nivel de aceite tipo puntero que indican el nivel de aceite. El nivel de aceite de ambos se puede observar mediante el indicador.
Si el nivel de aceite del transformador es bajo, se debe investigar la causa. Si el nivel bajo de aceite se debe a una temperatura ambiente baja o a una carga ligera que cause que la temperatura del aceite baje hasta la línea de nivel mínimo de aceite, se debe agregar aceite de inmediato. Si el nivel de aceite disminuye debido a una fuga grave de aceite, se deben tomar medidas inmediatas para detener la fuga y agregar aceite.
Un nivel alto de aceite del transformador puede ser causado por:
llenado excesivo de aceite, con el nivel de aceite que aumenta con la temperatura durante una temperatura ambiente alta o una carga alta;
fallo en el sistema de enfriamiento;
fallo interno del transformador.
Cuando el nivel de aceite es demasiado alto, verifique la carga y la temperatura del aceite, confirme la normalidad del sistema de enfriamiento, verifique que todas las posiciones de las válvulas sean correctas y busque signos de fallos internos. Si el nivel de aceite es excesivamente alto o se desborda, y no hay otros fallos presentes, se puede drenar apropiadamente una pequeña cantidad de aceite del transformador.
Un nivel alto de aceite en el depósito de aceite del OLTC, además de la temperatura del aceite, también puede ser causado por sobrecalentamiento de las uniones eléctricas u otras razones que causen un fallo en el sello del compartimento del OLTC, permitiendo que el aceite aislante del tanque principal se filtre al compartimento del OLTC, causando un aumento anormal en el nivel de aceite del OLTC. Cuando el nivel de aceite del OLTC aumenta anormal y continuamente, incluso desbordándose desde el respiradero del depósito de aceite del OLTC, informe inmediatamente al departamento de despacho, tenga a profesionales realizar pruebas y análisis, solicite sacar de servicio el transformador defectuoso para su mantenimiento.
Los transformadores de 500 kV generalmente usan depósitos de aceite con diafragmas o vejigas e indicadores de nivel de aceite tipo puntero, que indican el nivel de aceite basándose en la posición de la base del diafragma o la vejiga. Las siguientes condiciones pueden causar una indicación inexacta del puntero:
El gas acumulado debajo del diafragma o la vejiga hace que flote por encima del nivel real de aceite, resultando en una indicación más alta del nivel de aceite;
El bloqueo del respiradero impide que el aire entre cuando el nivel de aceite disminuye, causando una indicación más alta del nivel de aceite;
La ruptura de la vejiga o el diafragma permite que el aceite entre en el espacio superior, posiblemente causando una indicación más baja del nivel de aceite.
Estas tres situaciones pueden llevar a una indicación incorrecta del nivel de aceite, requiriendo que los operadores observen y analicen cuidadosamente durante la operación normal.
4. Operación del Relé de Gas Ligero
Cuando opera el relé de gas ligero, indica un funcionamiento anormal del transformador y debe inspeccionarse y manejarse inmediatamente. Los métodos son los siguientes:
(1) Inspeccione la apariencia, el sonido, la temperatura, el nivel de aceite y la carga del transformador. Si se encuentra una fuga de aceite severa y el nivel de aceite está por debajo de la marca 0 en el medidor, posiblemente por debajo del nivel del relé de gas que activa las señales de alarma, el transformador debe ser sacado de servicio inmediatamente y la fuga reparada con prontitud.
Si se detecta un aumento anormal de temperatura o un sonido de operación inusual, puede haber una falla interna. El ruido anormal del transformador viene en dos tipos: uno causado por vibración mecánica, el otro por descarga parcial. Se puede usar una varilla de escucha (o linterna)—presione un extremo firmemente contra la carcasa y escuche con el oído en el otro extremo—para determinar si el ruido proviene de componentes internos (vibración mecánica o descarga parcial). El ruido de descarga generalmente tiene un patrón rítmico similar al ruido de corona en los embocaduras de alta tensión. Si se detecta un ruido de descarga interno sospechoso, realice inmediatamente un análisis cromatográfico de aceite e intensifique la vigilancia.
(2) Extraiga una muestra de gas para su análisis. Generalmente, se combina el juicio cualitativo en el sitio con el análisis cuantitativo en el laboratorio.
Para la toma de muestras de gas, use una jeringa de volumen adecuado. Retire la aguja y adjunte un corto trozo de tubo de plástico o goma resistente al aceite. Antes de muestrear, llene la jeringa y el tubo con aceite de transformador para expulsar el aire, luego empuje completamente el émbolo para expulsar el aceite. Conecte el tubo a la válvula de purga del relé de gas (asegúrese de una conexión hermética). Abra la válvula de purga del relé de gas y retire lentamente el émbolo de la jeringa para extraer el gas hacia la jeringa.
Acérquese una llama a la aguja de la jeringa y empuje lentamente el émbolo para liberar el gas, observando si el gas es inflamable. Simultáneamente, envíe el gas al laboratorio para un análisis de composición de gas para un juicio preciso.
Si se encuentra que el gas es inflamable o el análisis cromatográfico confirma una falla interna, el transformador debe ser sacado de servicio inmediatamente.
Si el gas es incoloro, inodoro e inflamable, y el análisis cromatográfico lo identifica como aire, la alarma del relé de gas puede ser una falsa alarma debido a una falla en el circuito secundario. El circuito debe inspeccionarse y repararse con prontitud.
Durante la toma de muestras de gas, utilice una jeringa transparente incolora para facilitar la observación del color del gas. El procedimiento debe realizarse bajo estricta supervisión, manteniendo una distancia segura de las partes vivas.
5. Salto del Transformador
Cuando un transformador salta automáticamente, se debe realizar una inspección exhaustiva de inmediato para identificar la causa antes de tomar acción. Los elementos específicos de inspección incluyen:
(1) Basándose en las señales de los relés de protección, el registrador de fallas y otras pantallas o impresiones de dispositivos de monitoreo, determine qué protección operó.
(2) Verifique la carga, el nivel de aceite, la temperatura del aceite, el color del aceite y si hay rociado de aceite, humo, sobretensión en las embocaduras o ruptura, operación de la válvula de alivio de presión u otros signos de falla obvios antes del salto, y si hay gas presente en el relé de gas.
(3) Analice la forma de onda del registrador de fallas.
(4) Entienda las condiciones del sistema: si ocurrieron fallas de cortocircuito dentro o fuera de la zona de protección, si ocurrieron operaciones del sistema o sobretensiones de conmutación, o corriente de arranque durante el cierre.
Si la inspección muestra que el salto automático no fue causado por una falla del transformador, el transformador puede reenergizarse después de eliminar las fallas externas.
Si se encuentran alguna de las siguientes condiciones, se debe sospechar de una falla interna del transformador. La causa debe identificarse, la falla eliminarse y se deben confirmar que las pruebas eléctricas, el análisis cromatográfico y otras pruebas dirigidas confirmen que la falla está resuelta antes de reenergizar:
(1) El gas extraído del relé de gas se confirma inflamable por análisis; (2) Signos de falla interna obvios en el transformador, como deformación del tanque, nivel de aceite anormal, rociado de aceite severo; (3) Marcas de sobretensión obvias o daños, roturas en las embocaduras del transformador; (4) Dos o más relés de protección (diferencial, gas, presión) operaron.
6. Ruido Anormal
(1) Si el ruido es fuerte y ruidoso, puede deberse a problemas en el núcleo del transformador. Por ejemplo, abrazaderas sueltas o tornillos de apriete del núcleo. Las lecturas de los instrumentos son generalmente normales, y el color, la temperatura y el nivel del aceite no muestran cambios significativos. En este caso, detenga la operación del transformador y realice una inspección.
(2) Si el ruido contiene un sonido de agua hirviendo o "borboteo" de burbujas, puede indicar una falla grave en los devanados que causa que las partes cercanas se sobrecalienten y vaporicen el aceite. Un mal contacto en el cambiador de tomas que cause un sobrecalentamiento local o un cortocircuito entre vueltas de los devanados pueden producir este sonido. Detenga inmediatamente la operación del transformador y realice mantenimiento.
(3) Si el ruido contiene sonidos explosivos fuertes e irregulares, puede indicar un fallo de aislamiento en el cuerpo del transformador. Detenga la operación y realice mantenimiento.
(4) Si el ruido contiene un sonido de descarga "zizi", puede deberse a una descarga parcial superficial en el cuerpo del transformador o en las embocaduras. Si es un problema de embocadura, puede verse un resplandor de corona o pequeñas chispas azules/púrpuras en condiciones climáticas pobres o por la noche. Limpie la superficie de la embocadura y aplique aceite o grasa de silicona. Detenga el transformador y verifique si el aterramiento del núcleo y las distancias entre las partes vivas y el suelo cumplen con los requisitos.
(5) Si el ruido contiene sonidos de golpeteo o rozamiento continuos y rítmicos, puede deberse a un contacto mecánico causado por la vibración de ciertos componentes, o a un ruido anormal causado por la descarga electrostática.
7. Rociado de Aceite y Explosión
El rocío de aceite y la explosión ocurren cuando las corrientes de cortocircuito por fallas internas y los arcos de alta temperatura envejecen rápidamente el aceite del transformador, y el relé de protección no logra cortar la energía a tiempo, permitiendo que la falla persista y que la presión interna del tanque aumente continuamente. Entonces, el aceite y el gas de alta presión salen rociando desde la tubería antideflagrante u otros puntos débiles del tanque, causando un accidente.
(1) Daño en el aislamiento: El calentamiento local, como cortocircuitos entre espiras, daña el aislamiento; la entrada de agua al transformador causa humedad y daño en el aislamiento; los sobretensiones, como los rayos, dañan el aislamiento—estos son factores básicos que llevan a cortocircuitos internos.
(2) Ruptura de cables causando arcos: La mala soldadura de los conductores de bobinado o las conexiones sueltas de los cables pueden causar rupturas bajo una corriente de impulso alta. Los arcos de alta temperatura en el punto de ruptura vaporizan el aceite, aumentando la presión interna.
(3) Falla del cambiador de tomas: En los transformadores de distribución, la sección de tomas del bobinado de alta tensión está conectada a través del cambiador de tomas. Los contactos del cambiador de tomas están en serie en el circuito del bobinado de alta tensión y soportan la carga y las corrientes de cortocircuito. Si los contactos móviles y fijos se sobrecalientan, chisporrotean o arcan, el bobinado de la sección de tomas puede cortocircuitarse.
8. Parada de Emergencia del Transformador
Un transformador en funcionamiento debe detenerse inmediatamente si se observa alguna de las siguientes condiciones:
(1) Ruido interno anormal o significativamente aumentado; (2) Daño severo y descarga en los embocaduras; (3) Humo, fuego o rocío de aceite proveniente del transformador; (4) El transformador tiene una falla, pero el dispositivo de protección no funciona o funciona incorrectamente; (5) Incendio o explosión cercana que representa una amenaza grave para el transformador.
En caso de incendio del transformador, desconecte inmediatamente la energía, detenga los ventiladores y las bombas de aceite, llame inmediatamente a los bomberos y active el equipo de extinción de incendios. Si el incendio es causado por el aceite aislante que desborda y se quema en la tapa superior, abra la válvula de drenaje inferior para liberar el aceite hasta un nivel apropiado para detener el desbordamiento, evitando que el nivel de aceite baje por debajo de la tapa y cause un incendio interno. Si el incendio es debido a una falla interna, no se debe drenar el aceite, para evitar que entre aire y forme una mezcla explosiva que pueda causar una explosión severa.
En resumen, cuando ocurre una falla en el transformador, es esencial un juicio preciso y un manejo adecuado—evitando la escalada de la falla mientras se evita apagados innecesarios. Esto requiere mejorar la capacidad diagnóstica y acumular experiencia operativa para identificar y manejar correctamente las fallas del transformador, previniendo la expansión de accidentes.
Los factores que causan ruido anormal en el transformador son numerosos, y las ubicaciones de las fallas varían. Solo mediante la acumulación continua de experiencia se pueden hacer juicios precisos.
