Como a cromatografía de gases detecta e diagnostica fallos en transformadores de 500+ kV [Estudo de caso]

0 Introdución
A análise de gases dissolvidos (DGA) no óleo isolante é unha proba crucial para transformadores de gran tamaño imersos en óleo. Mediante a cromatografía de gases, é posible detectar oportunamente o envellecemento ou cambios no óleo isolante interno do equipo eléctrico recheado de óleo, identificar potenciais fallos como sobrecalentamentos ou descargas eléctricas nunha etapa inicial e avaliar con precisión a gravidade, tipo e tendencia de desenvolvemento do fallo. A cromatografía de gases converteuse nun método esencial para monitorizar e asegurar a operación segura e estable do equipo, e foi incorporada nos estándares internacionais e nacionais relevantes [1,2].

1 Estudo de Caso
O transformador principal número 1 da subestación Hexin é do modelo A0A/UTH-26700, cunha configuración de tensión de 525/√3 / 230/√3 / 35 kV. Foi fabricado en maio de 1988 e posto en servizo o 30 de xuño de 1992. O 20 de setembro de 2006, o sistema de monitorización informático indicou un "operación do relé de gas lixeiro no transformador principal número 1". Unha inspección posterior polo persoal de operación revelou fendas e unha grave fuga de óleo nas embocaduras de inicio e fin da fase B do lado de 35 kV, xunto coa presenza de gas no relé de gas, provocando unha solicitude inmediata de parada. Antes deste incidente, as probas eléctricas rutineiras e as probas de monitorización do óleo isolante non mostraron anormalidades.

2 Análise de Cromatografía de Gases e Diagnóstico de Fallos
As mostra de óleo e gas foron recollidas inmediatamente despois da parada para probas cromatográficas. Os resultados das probas amósanse nas táboas 1 e 2. Os resultados indicaron concentracións anormais de gases disoltos tanto no óleo do transformador como no relé de gas. Realizouse unha análise comprehensiva utilizando os datos cromatográficos e o método do criterio de equilibrio para avaliar as concentracións de gases nas mostras de óleo e gas.

Táboa 1 Rexistro cromatográfico do óleo isolante da fase B do transformador principal número 1 da subestación Hexin (μL/L)

Táboa 2 Rexistro cromatográfico do gas do relé de gas da fase B do transformador principal número 1 da subestación Hexin (μL/L)

Segundo os Estándares de Calidade para o Óleo Transformador en Servicio, debe prestarse atención cando calquera das seguintes concentracións de gases disoltos no óleo de transformadores de 500 kV supere os valores especificados: hidrocarburos totais: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Detectouse acetileno (C₂H₂) no óleo do transformador cunha concentración φ(C₂H₂) de 12,13 μL/L, superando o límite de atención por máis de 12 veces. Basándose no método de análise de exceso de compoñentes [3], determinouse preliminarmente que existía un fallo interno no transformador.

Unha análise adicional baseada en gases característicos indicou un fallo de descarga de alta enerxía, xa que φ(C₂H₂) é un indicador clave para distinguir entre sobrecalentamento e descarga eléctrica. Usando o método IEC de tres razóns, os cocientes calculados foron:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1,2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0,56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6,6,
resultando nun código de 102. Isto levou á conclusión preliminar de que se producira unha descarga de alta enerxía (isto é, arco) dentro do transformador.

Usando o método do criterio de equilibrio [4] e a composición de gases no relé de gas, calculáronse as concentracións teóricas de óleo baseadas na diferente solubilidade dos gases no óleo. Derivouse a relación αᵢ entre as concentracións teóricas e medidas no óleo (ver Táboa 2). Basándose na experiencia de campo, en condicións normais, os valores de αᵢ para a maioría dos compoñentes caen dentro do rango de 0,5–2. No entanto, durante fallos súbitos, os gases característicos típicamente exhiben valores de αᵢ significativamente superiores a 2. Neste caso, todos os compoñentes de gas no relé de gas mostraron valores de αᵢ moito superiores a 2, indicando un fallo interno súbito.

Os resultados das probas eléctricas mostraron que as resistencias de contacto do cambiad