Como lidar com falhas em transformadores?
Falhas comuns em transformadores e seus métodos de tratamento.
1. Sobreaquecimento do Transformador
O sobreaquecimento é extremamente prejudicial aos transformadores. A maioria das falhas de isolamento dos transformadores é causada pelo sobreaquecimento. O aumento da temperatura reduz a resistência dielétrica e a resistência mecânica dos materiais de isolamento. A IEC 354, Guia de Carga para Transformadores, afirma que quando a temperatura do ponto mais quente do transformador atinge 140°C, bolhas se formam no óleo. Essas bolhas podem reduzir o desempenho do isolamento ou causar descargas, levando ao dano do transformador.
O sobreaquecimento afeta significativamente a vida útil dos transformadores. De acordo com a regra dos 6°C dos transformadores, na faixa de temperatura de 80–140°C, para cada aumento de 6°C na temperatura, a taxa na qual a vida útil efetiva do isolamento do transformador é reduzida duplica. O padrão nacional GB1094 também especifica que o limite de aumento de temperatura médio do enrolamento para transformadores a óleo é de 65K, o aumento de temperatura do óleo superior é de 55K, e do núcleo e tanque é de 80K.
O sobreaquecimento do transformador manifesta-se principalmente como um aumento anormal na temperatura do óleo. As possíveis causas principais incluem: (1) sobrecarga do transformador; (2) falha no sistema de resfriamento (ou engajamento incompleto do sistema de resfriamento); (3) falha interna do transformador; (4) indicação incorreta pelo dispositivo de medição de temperatura.
Ao detectar um aumento anormal na temperatura do óleo do transformador, as possíveis causas acima mencionadas devem ser verificadas uma por uma para fazer um julgamento preciso. Os pontos-chave de inspeção e tratamento são os seguintes:
(1) Se os instrumentos operacionais indicarem que o transformador está sobrecarregado, e os termômetros das três fases em um banco de transformadores monofásico mostrarem leituras basicamente consistentes (com possível variação de alguns graus), e o transformador e o sistema de resfriamento estiverem operando normalmente, o aumento de temperatura provavelmente é causado pela sobrecarga. Nesse caso, deve-se intensificar a monitorização do transformador (carga, temperatura, estado de funcionamento), informar imediatamente ao departamento de despacho superior, e recomendar a transferência de carga para reduzir a magnitude e a duração da sobrecarga.
(2) Se o aumento de temperatura for devido ao engajamento incompleto do sistema de resfriamento, o sistema deve ser ativado imediatamente. Se o sistema de resfriamento tiver falhado, a causa deve ser identificada rapidamente e tratada imediatamente. Se a falha não puder ser resolvida prontamente, a temperatura e a carga do transformador devem ser monitoradas de perto, relatórios devem ser feitos continuamente ao departamento de despacho e à gestão de produção, a carga do transformador deve ser reduzida, e o transformador deve operar de acordo com o valor de carga correspondente à capacidade de resfriamento nas condições atuais de resfriamento.
(3) Se o dispositivo de medição de temperatura remoto emitir um sinal de alarme de alta temperatura com um valor indicado muito alto, mas o termômetro local mostrar leituras normais e não houver outros sinais de falha no transformador, o alarme pode ser um sinal falso devido a uma falha no circuito de medição de temperatura remota. Tais falhas podem ser corrigidas em um momento apropriado.
(4) Se, em um banco de transformadores trifásico, a temperatura do óleo de uma fase aumentar significativamente mais do que sua temperatura histórica de óleo sob as mesmas condições de carga e resfriamento, e o sistema de resfriamento e o termômetro estiverem normais, o sobreaquecimento pode ser causado por uma falha interna no transformador. Pessoal especializado deve ser notificado imediatamente para coletar uma amostra de óleo para análise cromatográfica, a fim de identificar ainda mais a falha. Se a análise cromatográfica indicar uma falha interna, ou se a temperatura do óleo continuar a aumentar sob condições inalteradas de carga e resfriamento, o transformador deve ser retirado de serviço de acordo com as regulamentações locais.
2. Falha do Sistema de Resfriamento
O sistema de resfriamento ajuda a dissipar o calor dos enrolamentos e do núcleo através do óleo do transformador. Todos os transformadores principais de 500kV usam circulação forçada de óleo com resfriamento forçado a ar. Se o sistema de resfriamento está operando normalmente é uma condição crítica para a operação normal do transformador. A falha do equipamento de resfriamento é uma falha comum nos transformadores. Quando o equipamento de resfriamento falha, a temperatura de operação do transformador aumenta rapidamente, e a perda de vida útil do isolamento aumenta drasticamente.
Durante a falha do equipamento de resfriamento, os operadores devem monitorar de perto a temperatura e a carga do transformador, reportar continuamente ao departamento de despacho e aos supervisores de operação. Se a carga do transformador exceder o limite especificado sob condições de resfriamento defeituoso, deve-se solicitar a redução da carga de acordo com as regulamentações locais.
Deve-se notar que, durante o aumento da temperatura do óleo, o núcleo e os enrolamentos aquecem mais rapidamente do que o óleo. A temperatura do óleo pode parecer aumentar apenas ligeiramente, mas as temperaturas do núcleo e dos enrolamentos podem já estar muito altas. Especialmente quando as bombas de óleo falham, o aumento de temperatura dos enrolamentos em relação ao óleo ultrapassa significativamente o valor normal especificado na placa de identificação. A temperatura do óleo pode parecer aumentar apenas ligeiramente ou não ser notável, enquanto as temperaturas do núcleo e dos enrolamentos podem já ter ultrapassado os limites permitidos.
Posteriormente, à medida que a temperatura do óleo aumenta gradualmente, as temperaturas do núcleo e dos enrolamentos continuarão a aumentar para valores ainda mais altos, mantendo um certo aumento de temperatura sobre o óleo sob as condições de carga e resfriamento dadas. Portanto, quando o equipamento de resfriamento falha, não só a temperatura do óleo e dos enrolamentos deve ser observada, mas também a capacidade e o tempo de operação permitidos do transformador sob falha do sistema de resfriamento, conforme especificado pelo fabricante e pelas regulamentações locais, devem ser seguidos. Outras mudanças operacionais também devem ser monitoradas para avaliar de forma abrangente a condição operacional do transformador.
Para verificar a falha do equipamento de resfriamento, determine a extensão da interrupção (ventilador individual ou bomba de óleo parados, grupo inteiro parado, monofásico ou trifásico parado), consulte o diagrama de controle do sistema de resfriamento para localizar o ponto de falha, e minimize o tempo de inatividade do equipamento de resfriamento.
Se um ventilador individual ou bomba de óleo falhar enquanto os outros operam normalmente, as possíveis causas incluem:
Uma fase da alimentação trifásica para o ventilador ou bomba de óleo está em curto-circuito (fusível queimado, contato ruim ou fio partido), causando aumento na corrente do motor, operação do relé térmico ou corte de energia, ou queima do motor;
Falha no rolamento ou mecânica do ventilador ou bomba de óleo;
Falha no relé de controle correspondente, contato ou outros componentes no circuito de controle do ventilador ou bomba de óleo, ou quebra de circuito (por exemplo, terminal solto, contato ruim);
Ajuste do relé térmico muito baixo, causando operação falsa.
Se a causa for encontrada como falha na alimentação ou no circuito, o fio partido deve ser reparado rapidamente, os fusíveis substituídos e a energia e o circuito restaurados. Se o relé de controle estiver danificado, deve ser substituído por um de reserva. Se o ventilador ou a bomba de óleo estiverem danificados, a manutenção deve ser solicitada imediatamente.
Se um grupo (ou vários) ventiladores ou bombas de óleo pararem simultaneamente, a causa provável é uma falha na alimentação desse grupo, fusível queimado, operação do relé térmico ou relé de controle danificado. O ventilador ou bomba de óleo de reserva deve ser acionado imediatamente, então a falha deve ser restaurada.
Se todos os ventiladores ou bombas de óleo de um transformador principal pararem, deve ser devido a uma falha na alimentação principal de uma ou todas as três fases do sistema de refrigeração. Nesse caso, verifique se a alimentação de reserva foi acionada automaticamente. Se não, acione manualmente a alimentação de reserva rapidamente, identifique a causa da falha e elimine-a.
Ao lidar com falhas na alimentação e restaurar a energia, preste atenção ao seguinte:
Ao substituir fusíveis, primeiro abra o interruptor de alimentação do circuito e do lado da carga ou isolador. Durante a substituição de fusíveis sob tensão, quando a segunda fase é instalada, o motor trifásico recebe energia bifásica, gerando uma grande corrente que pode queimar o fusível recém-instalado.
Use fusíveis com especificações e capacidade compatíveis com o projeto.
Ao restaurar a energia e reiniciar o equipamento de refrigeração, inicie em etapas ou grupos, tanto quanto possível, para evitar o início simultâneo de todos os ventiladores e bombas de óleo, o que pode causar um surto de corrente e queimar os fusíveis novamente.
Depois que a energia trifásica for restaurada, se os ventiladores ou bombas de óleo ainda não iniciarem, pode ser porque o relé térmico não foi redefinido. Redefina o relé térmico. Se não houver falha no equipamento de refrigeração, ele deve reiniciar normalmente.
3. Nível de Óleo Anormal
O nível anormal de óleo do transformador inclui o nível anormal de óleo do tanque principal e o nível anormal de óleo do regulador de tensão sob carga (OLTC). Os transformadores de 500kV geralmente usam reservatórios de óleo com membranas ou bexigas, com indicadores de nível de óleo do tipo ponteiro indicando o nível de óleo. O nível de óleo de ambos pode ser observado através do indicador.
Se o nível de óleo do transformador estiver baixo, a causa deve ser investigada. Se o nível de óleo baixo for devido a temperatura ambiente baixa ou carga leve causando queda da temperatura do óleo até a linha mínima de nível de óleo, o óleo deve ser adicionado prontamente. Se a queda do nível de óleo for devida a vazamento sério de óleo, medidas devem ser tomadas imediatamente para parar o vazamento e adicionar óleo.
O nível de óleo do transformador alto pode ser causado por:
enchimento excessivo de óleo, com o nível de óleo subindo com a temperatura durante alta temperatura ambiente ou alta carga;
falha no sistema de refrigeração;
falha interna do transformador.
Quando o nível de óleo estiver muito alto, verifique a carga e a temperatura do óleo, confirme a normalidade do sistema de refrigeração, verifique se todas as posições das válvulas estão corretas e procure por quaisquer sinais de falhas internas. Se o nível de óleo estiver excessivamente alto ou o óleo estiver transbordando, e não houver outras falhas, uma pequena quantidade de óleo do transformador pode ser drenada apropriadamente.
O nível de óleo alto no reservatório de óleo do OLTC, além da temperatura do óleo, também pode ser causado pelo superaquecimento de junções elétricas ou outras razões que causem falha de vedação no compartimento do OLTC, permitindo que o óleo isolante do tanque principal vaze para o compartimento do OLTC, causando aumento anormal no nível de óleo do OLTC. Quando o nível de óleo do OLTC aumentar anormal e continuamente, mesmo transbordando do respirador do reservatório de óleo do OLTC, informe imediatamente ao departamento de despacho, tenha profissionais realizando testes e análise, solicite que o transformador com falha seja retirado de serviço para manutenção.
Os transformadores de 500kV geralmente usam reservatórios de óleo com membranas ou bexigas e indicadores de nível de óleo do tipo ponteiro, que indicam o nível de óleo com base na posição da parte inferior da membrana ou bexiga. As seguintes condições podem causar indicação incorreta do ponteiro:
Gás acumulado sob a membrana ou bexiga faz com que ela flutue acima do nível real de óleo, resultando em indicação de nível de óleo mais alto;
Obstrução do respirador impede a entrada de ar quando o nível de óleo cai, resultando em indicação de nível de óleo mais alto;
Ruptura da bexiga ou membrana permite que o óleo entre no espaço acima, possivelmente causando indicação de nível de óleo mais baixo.
Essas três situações podem levar a indicação incorreta do nível de óleo, exigindo que os operadores observem e analisem cuidadosamente durante a operação normal.
4. Operação do Relé de Gás Leve
Quando o relé de gás leve opera, indica uma operação anormal do transformador e deve ser inspecionado e tratado imediatamente. Os métodos são os seguintes:
(1) Inspecione a aparência, som, temperatura, nível de óleo e carga do transformador. Se for detectada uma fuga de óleo severa e o nível de óleo estiver abaixo da marca 0 no medidor, possivelmente abaixo do nível do relé de gás que dispara sinais de alarme, o transformador deve ser imediatamente retirado de serviço e a fuga reparada prontamente.
Se for detectado um aumento anormal de temperatura ou um som de operação incomum, pode haver uma falha interna. O ruído anormal do transformador vem em dois tipos: um causado por vibração mecânica, o outro por descarga parcial. Pode-se usar uma haste acústica (ou lanterna) - pressione uma extremidade firmemente contra a carcaça e ouça com o ouvido na outra extremidade - para determinar se o ruído origina-se de componentes internos (vibração mecânica ou descarga parcial). O ruído de descarga geralmente tem um padrão rítmico semelhante ao ruído de corona em isoladores de alta tensão. Se for detectado um ruído de descarga interno suspeito, realize imediatamente uma análise cromatográfica do óleo e intensifique a monitorização.
(2) Extraia uma amostra de gás para análise. Geralmente, o julgamento qualitativo no local é combinado com a análise quantitativa em laboratório.
Para a coleta de gás, use uma seringa de volume apropriado. Remova a agulha e conecte um pedaço curto de tubo de plástico ou borracha resistente a óleo. Antes da coleta, encha a seringa e o tubo com óleo do transformador para expelir o ar, então empurre completamente o êmbolo para expelir o óleo. Conecte o tubo à válvula de ventilação do relé de gás (garanta uma conexão hermética). Abra a válvula de ventilação do relé de gás e puxe lentamente o êmbolo da seringa para aspirar o gás para dentro da seringa.
Aproxime uma chama da agulha da seringa e empurre lentamente o êmbolo para liberar o gás, observando se o gás é inflamável. Simultaneamente, envie o gás para o laboratório para análise da composição do gás para um julgamento preciso.
Se o gás for encontrado inflamável ou a análise cromatográfica confirmar uma falha interna, o transformador deve ser imediatamente retirado de serviço.
Se o gás for incolor, inodoro e não inflamável, e a análise cromatográfica identificá-lo como ar, o alarme do relé de gás pode ser um falso alarme devido a uma falha no circuito secundário. O circuito deve ser inspecionado e reparado prontamente.
Durante a coleta de gás, use uma seringa transparente incolor para facilitar a observação da cor do gás. O procedimento deve ser realizado sob estrita supervisão, mantendo uma distância segura das partes energizadas.
5. Disparo do Transformador
Quando o transformador dispara automaticamente, uma inspeção abrangente deve ser realizada imediatamente para identificar a causa antes de tomar medidas. Os itens de inspeção específicos incluem:
(1) Com base nos sinais dos relés de proteção, registrador de falhas e outras exibições ou impressões de dispositivos de monitoramento, determine qual proteção operou.
(2) Verifique a carga, nível de óleo, temperatura do óleo, cor do óleo e se há jato de óleo, fumaça, flashover ou ruptura de isoladores, operação da válvula de alívio de pressão ou outros sinais de falha evidentes antes do disparo, e se há gás presente no relé de gás.
(3) Analise a forma de onda do registrador de falhas.
(4) Entenda as condições do sistema: se ocorreram falhas de curto-circuito dentro ou fora da zona de proteção, se ocorreram operações do sistema ou sobretenções de comutação, ou corrente de entrada durante o fechamento.
Se a inspeção mostrar que o disparo automático não foi causado por uma falha do transformador, o transformador pode ser reenergizado após a eliminação de falhas externas.
Se qualquer uma das seguintes condições for encontrada, deve-se suspeitar de uma falha interna do transformador. A causa deve ser identificada, a falha eliminada, e testes elétricos, análise cromatográfica e outros testes direcionados devem confirmar que a falha foi resolvida antes de reenergizar:
(1) O gás extraído do relé de gás é confirmado inflamável pela análise; (2) Sinais evidentes de falha interna no transformador, como deformação da caixa, nível de óleo anormal, jato de óleo severo; (3) Marcas evidentes de flashover ou danos, ruptura em isoladores do transformador; (4) Dois ou mais relés de proteção (diferencial, gás, pressão) operaram.
6. Ruído Anormal
(1) Se o ruído for alto e barulhento, pode ser devido a problemas no núcleo do transformador. Por exemplo, grampos soltos ou parafusos de aperto do núcleo. As leituras dos instrumentos geralmente são normais, e a cor, temperatura e nível do óleo não mostram alterações significativas. Neste caso, pare a operação do transformador e realize uma inspeção.
(2) Se o ruído contiver um som de água fervendo ou "borbulhando", pode indicar uma falha grave de enrolamento causando superaquecimento e vaporização do óleo em partes próximas. Contato ruim no regulador de tensão causando superaquecimento local ou curto-circuito entre espiras do enrolamento podem produzir este som. Pare imediatamente a operação do transformador e realize manutenção.
(3) Se o ruído contiver sons altos e irregulares, semelhantes a explosões, pode indicar uma quebra de isolamento no corpo do transformador. Pare a operação e realize manutenção.
(4) Se o ruído contiver um som de descarga "zizi", pode ser devido a descarga parcial superficial no corpo do transformador ou nos isoladores. Se for um problema de isolador, pode ser visível um brilho de corona ou pequenas faíscas azuis/púrpuras em condições climáticas ruins ou à noite. Limpe a superfície do isolador e aplique óleo de silicone ou graxa de silicone. Pare o transformador e verifique se o aterramento do núcleo e as distâncias entre as partes energizadas e o solo atendem aos requisitos.
(5) Se o ruído contiver sons contínuos, rítmicos de batida ou atrito, pode ser devido a contato mecânico causado pela vibração de certos componentes, ou ruído anormal causado por descarga eletrostática.
7. Jato de Óleo e Explosão
A projeção de óleo e explosão ocorrem quando as correntes de curto-circuito de falhas internas e arcos de alta temperatura envelhecem rapidamente o óleo do transformador, e o relé de proteção não consegue cortar a energia a tempo, permitindo que a falha persista e a pressão interna da caixa aumente continuamente. Óleo e gás de alta pressão então são projetados para fora do tubo anti-explosão ou outros pontos fracos da caixa, causando um acidente.
(1) Dano na isolação: O superaquecimento local, como curtos-circuitos entre espiras, danifica a isolação; a entrada de água no transformador causa umidade e dano na isolação; sobretensões, como descargas atmosféricas, danificam a isolação — esses são fatores básicos que levam a curtos-circuitos internos.
(2) Quebra de fio causando arco: A soldagem inadequada dos condutores das bobinas ou conexões soltas de cabos podem causar quebras de fio sob surtos de corrente elevada. Arcos de alta temperatura no ponto de quebra vaporizam o óleo, aumentando a pressão interna.
(3) Falha do reator de derivação: Nos transformadores de distribuição, a seção de derivação da bobina de alta tensão é conectada através do reator de derivação. Os contatos do reator de derivação estão em série no circuito da bobina de alta tensão e carregam as correntes de carga e de curto-circuito. Se os contatos móveis e fixos superaquecerem, produzirem faíscas ou arcos, a seção de derivação da bobina pode sofrer curto-circuito.
8. Parada de Emergência do Transformador
Um transformador em operação deve ser imediatamente interrompido se qualquer uma das seguintes condições for observada:
(1) Ruído interno anormal ou significativamente aumentado; (2) Dano grave e descarga nas mangas; (3) Fumaça, incêndio ou projeção de óleo do transformador; (4) O transformador tem uma falha, mas o dispositivo de proteção não opera ou opera incorretamente; (5) Incêndio ou explosão próxima representa uma ameaça séria ao transformador.
Em caso de incêndio no transformador, desconecte imediatamente a energia, pare os ventiladores e bombas de óleo, chame imediatamente os bombeiros e ative o equipamento de extinção de incêndio. Se o incêndio for causado por óleo isolante transbordando e queimando na tampa superior, abra a válvula de drenagem inferior para liberar o óleo até um nível apropriado para parar o transbordamento, evitando que o nível de óleo caia abaixo da tampa e cause um incêndio interno. Se o incêndio for devido a uma falha interna, o óleo não deve ser drenado, para evitar que o ar entre e forme uma mistura explosiva que possa causar uma explosão severa.
Em resumo, quando ocorre uma falha no transformador, é essencial um julgamento preciso e um manuseio adequado — prevenindo a escalada da falha enquanto evita desligamentos desnecessários. Isso requer melhor capacidade diagnóstica e experiência acumulada para identificar corretamente e lidar prontamente com falhas do transformador, prevenindo a expansão de acidentes.
Os fatores que causam ruídos anormais no transformador são numerosos, e as localizações de falhas variam. Somente com a constante acumulação de experiência é possível fazer julgamentos precisos.
