Solución de Diagnóstico de Fallos en Bancos de Condensadores de Derivación de Alta Tensión

1 Diagnóstico de items de proba posterior á falla​
​1.1 Identificación das causas da falla e determinación das unidades de proba​
Tomando como exemplo un banco de condensadores montado en rack, cada unidade de condensador individual está xeralmente equipada cun fusible externo tipo expulsión que actúa como o dispositivo de protección primaria. Se un condensador individual experimenta un fallo, os condensadores en paralelo descargan a través do punto de falla. O fusible e o elemento fusible do condensador danado poden romperse rapidamente, aislando a sección con falla para asegurar a operación continua do banco.
No entanto, se os condensadores desenvolven circuitos abertos ou outras fallas, poden continuar funcionando sen que o fusible se rompa. ​Risco crítico en cascada: A ruptura prematura de fusibles adxacentes provoca reaccións en cadea. A desconexión excesiva de condensadores causa un desequilibrio que supera os límites de deseño, levando finalmente ao fallo de todos os fusibles do banco. Por exemplo, no banco de condensadores de 10kV da fase B da subestación de 220kV, un condensador cunha simple desviación de medida do 14% iniciou tal cascada, provocando o fallo completo do grupo de fusibles.

​Conclusión: Cando ocorre unha ruptura de fusibles do grupo, cada condensador debe ser inspeccionado e probado individualmente para detectar:

• Ingreso de humidade interna
• Fallos/curtos-circuitos de componentes
• Degradación da aislación
  Isto identifica as unidades defectuosas, reduce as taxas de fallo e elimina os riscos operativos.

​1.2 Selección de items de proba para a investigación de fallas​
​1.2.1 Inspección visual​
​Foco da inspección:

• Limpieza/lisedade do corpo
• Fugas de óleo, fisuras, marcas de descarga
• Sobrecalentamento, decoloración
• Hinchazón/deformación localizada
  Estes problemas indican cambios estruturais internos, danos nos componentes ou deriva da capacitancia que crean riscos operativos. A decoloración requiere particularmente unha desmontaxe para análise de sobrecalentamento/fallo, aumentando a complexidade da inspección.

​1.2.2 Medición da resistencia de aislación terminal-caixa​
​Propósito da proba: Detectar a degradación da aislación debido á humidade, deterioro ou fallo mediante a monitorización da diminución da resistencia.
​Limitacións: Esta proba serve como referencia auxiliar só cando existen outros defectos coexistentes.
​Aptitude:

• ✅ Realízase en condensadores de dúas terminais
• ❌ Non é necesario para condensadores de unha terminal (a caixa actúa como electrodo)

Método de proba ilustrado a continuación:

1.2.3 Medición da capacitancia

Os bancos de condensadores montados en rack xeralmente empregan configuracións en serie-paralelo de elementos de condensador para cumprir os requisitos de voltaxe e capacitancia.

• ​Capacitancia aumentada: Indica ​segmentos en serie reducidos​ debido a fallos internos (curto-circuíto/fallo). A entrada de humidade (constante dieléctrica alta da auga) ou a rotura de fusibles de elementos tamén pode causar un aumento da capacitancia.
• ​Capacitancia diminuída: Sinaliza ​caminhos en paralelo reducidos​ debido a circuitos abertos, conexións frouxas ou operación de fusibles internos. ​⚠️ Risco crítico: O estrés de voltaxe nos elementos saudables aumenta, acelerando o fallo e reducindo a potencia reactiva de saída.
• ​Impacto da fuga de óleo: A constante dieléctrica máis alta do óleo comparada co aire causa unha deriva mensurable da capacitancia.

​Significado diagnóstico: A desviación da capacitancia reflicte directamente a integridade interna e é crítica para a resolución de problemas no campo.

​Intervalo de aceptación: ±5% a +10% do valor nominal.
​Protocolo de medición:

1. Descartar a interferencia da carga residual
2. Repetir con múltiples puentes de capacitancia
3. Se persiste a desviación:
• Desconectar os fusibles
• Retirar as conexións do lado de alto voltaxe
4. Volver a medir. Unha desviación consistente confirma un fallo interno.

​Estudo de caso: Banco de condensadores de 10kV da subestación de 110kV (Unidade B2)

1.3 Técnica de proba de tensión AC de resistencia

​Propósito: Verificar a integridade da aislación principal (bushings/encapsulación) aplicando tensión AC entre os terminais curtos e a caixa.
​Valor de proba: Detecta:

• Niveis baixos de óleo
• Humidade interna
• Bushings danados
• Defectos mecánicos

​Manexo dos terminais:

• Curta ambos os terminais xuntos
• Aplique tensión entre os terminais curtos e a caixa terra

​Nota da industria: A proba de resistencia AC de rotina xeralmente non é necesaria debido á forza de aislación terminal-caixa inherentemente alta dos condensadores.

2. Selección racional de métodos de medición de capacitancia

​Técnicas comúns:

​Superioridade do método I/V:

• ​Vantaxe de voltaxe: Tensión de proba aplicada > tensión de funcionamento do condensador
• ​Detecta fallos mascarados: Activa puntos de fallo onde:
• Os elementos falhados retén resistencia de aislación residual
• Os medidores de capacitancia mostran lecturas falsamente normais
• ​Procedemento: Véxase a figura 2 (proba de reactancia controlada por voltaxe)

3. Puntos técnicos clave para a proba de amperímetro/voltímetro

​3.1 Forma de onda e frecuencia da fonte de proba conforme á norma​

• ​Selección de voltaxe: ≤5× voltaxe nominal (baseado na capacidade da fonte e no rango do medidor)
• ​Estabilidade de frecuencia: Mantén unha forma de onda sinusoidal estable
• ​Protocolo de medición:
1. Estabiliza o voltaxe ao valor nominal
2. Registra sincronicamente o voltaxe, corrente e frecuencia
3. Calcula a capacitancia:
   Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx​=2πfVI​
• ​Requisitos críticos:

• Voltaxe de onda senoidal pura (±3% de THD límite)
• Fluctuación de frecuencia ≤±0.5%
• Preferible a tensión de liña (reduce os harmónicos de terceira orde)

O non cumprimento implica un erro de medición >10% debido á característica XC∝1/fX_C \propto 1/fXC​∝1/f do condensador.

​3.2 Selección de instrumentos de alta precisión e inmunes ao ruído​

• ​Especificacións mínimas:
• Clase de precisión: 0.5 ou mellor
• Compatibilidade electromagnética: Cumprimento da norma IEC 61000-4
• ​Estudo de caso - subestación de 220kV:

​3.3 Protocolo de rampa de voltaxe controlada​

• ​Resposta de condensador saudable:
• Aumento linear da corrente co incremento do voltaxe
• ​Indicadores de fallo:
• Estancamiento da corrente abaixo de 60V → soldaduras frías
• Aumento súbito da corrente >60V → fallo de aislación débil
  ​Procedemento crítico de seguridade:

3. Rampa de voltaxe a unha taxa ≤100 V/s
4. Monitoriza continuamente a pendente dIdV\frac{dI}{dV}dVdI​
5. Aborta se se detecta unha resposta non linear

A aplicación rápida de voltaxe mascara os fallos e supón un risco de fallo catastrófico.

​3.4 Procedementos de seguridade​

• ​Precaucións obrigadas:

4. Directrices conclusivas

​Determinantes da precisión:

    A[Precisión da proba] --> B[Inspección visual]

    A --> C[Calidade da fonte de alimentación]

    A --> D[Selección de instrumentos]

    A --> E[Metodoloxía de proba]

    A --> F[Implementación de seguridade]

​Prácticas probadas no campo:

1. ​Antes da proba: Verifica que os niveis de EMI ambiental <30V/m
2. ​Durante a proba:
• Registra as formas de onda de voltaxe/corrente (recomendouse un osciloscopio)
• Valida a linearidade nos pasos de voltaxe do 25%, 50%, 75%, 100%
3. ​Despois da proba:
• Verifica a capacitancia con dous métodos
• Tende os resultados contra os datos históricos

Encontrado estatístico: O 68% dos fallos de condensadores orixinanse de ingreso de humidade ou estrés de voltaxe - detectables a través de probas rigorosas de capacitancia e monitorización de IR.

​Recomendacións operativas:

• Implementa unha tendencia trimestral de desviación de capacitancia (±3% de umbral de alerta)
• Usa o IRIS (Sistema de Inspección Infravermello) para detección de anomalias térmicas
• Mantén a protección de desequilibrio do banco de condensadores a <5% de configuración

Este protocolo comprehensivo aumenta a fiabilidade da rede mentres que reduce as taxas de fallo do banco de condensadores en ≥37% (segundo estudos de caso IEEE 1036).