I. Fallas de bobinado
Las fallas de devanado son uno de los tipos más graves de fallas en los transformadores, principalmente que incluyen circuitos cortos entre graves, cortocircuitos entre fases, conexión a tierra y desconexiones. Según las estadísticas, las fallas de devanado representan más del 40% de la tasa de falla total del transformador.
1. Causas de fallas
Defectos de aislamiento: durante el proceso de fabricación, existen daños locales o residuos de impurezas en los materiales de aislamiento de devanado. Después de la operación a largo plazo, es probable que ocurran cortocircuitos.
Sobrecarga y mala disipación de calor: la operación de sobrecarga a largo plazo hace que la temperatura del devanado aumente demasiado, acelerando el envejecimiento del aislamiento e incluso conduciendo a la descomposición de la carbonización.
Impacto del estrés mecánico: la fuerza electromagnética generada por corrientes de cortocircuito externas o rayos puede hacer que el devanado se deforma y se desplaza, dañando así la estructura de aislamiento.
2. Manifestaciones de fallas
Cromatografía de aceite anormal: la temperatura alta local en el punto de cortocircuito descompone el aceite aislante, generando una gran cantidad de gases combustibles como el hidrógeno y el metano.
Parámetros operativos anormales: la resistencia a DC está desequilibrada, la corriente sin carga aumenta y hay ruidos anormales como un "sonido de ebullición" dentro del tanque de aceite.
Operación del dispositivo de protección: se puede activar la protección diferencial y la protección del gas (alarma de gas ligero o el disparo de gas pesado).
3. Medidas de tratamiento
Apague y desconecte inmediatamente la fuente de alimentación para evitar que la falla se expanda.
Use un probador de deformación de devanado para detectar el grado de deformación y determinar si el devanado debe ser reemplazado.
Repare el aislamiento en el punto de cortocircuito local. En casos severos, todo el devanado debe ser reemplazado y el diseño de disipación de calor debe fortalecerse.
II. Fallas de aislamiento
El sistema de aislamiento es la piedra angular de la operación segura de los transformadores. Sus fallas se manifiestan principalmente como problemas como el deterioro de la calidad del aceite, el envejecimiento del aislamiento sólido y la entrada de humedad, representando el 30% al 35% del número total de fallas.
1. Tipos y causas de fallas
Falla del aislamiento del aceite: la intrusión de humedad o oxidación conduce a un aumento en la pérdida dieléctrica del aceite y una disminución en el voltaje de descomposición. Esto es común en los transformadores con un sellado deficiente o respiradores fallidos.
Envejecimiento de aislamiento sólido: la operación a largo plazo a altas temperaturas hace que las fibras de aislamiento de papel sean frágiles, reduciendo la resistencia dieléctrica y, en última instancia, causando descarga o descomposición parcial.
Ingreso de humedad de aislamiento compuesto: la falla del sello del buje o el bloqueo del respirador del conservador de aceite conduce a la intrusión de humedad entre las capas del cartón aislante.
2. Métodos de diagnóstico
Análisis de la prueba de aceite: detectar el contenido de agua, el valor ácido y el contenido furfural para evaluar el grado de envejecimiento.
Detección de descarga parcial: use sensores de frecuencia ultrasónica o ultra alta para localizar el punto de descarga y determinar la ubicación del defecto de aislamiento.
Espectroscopía dieléctrica de dominio de frecuencia (FDS): analice las características de polarización del material de aislamiento para cuantificar el estado de humedad y envejecimiento.
3. Contramedidas
Reemplace o regenere el aceite aislante deteriorado y controle estrictamente el proceso de inyección de aceite y el grado de vacío.
Realice secado de circulación de aceite caliente sobre el aislamiento húmedo para restaurar su rendimiento dieléctrico.
Instale un sistema de monitoreo en línea para rastrear la temperatura del aceite, la humedad y la cantidad de descarga parcial en tiempo real.
Iii. Fallas de descarga
Según la densidad de energía, las fallas de descarga se pueden dividir en descarga parcial, descarga de chispa y descarga de arco de alta energía, principalmente causadas por defectos de aislamiento o anormalidades estructurales, lo que representa el 20% al 25% de los casos de falla.
1. Mecanismos de falla
Descarga parcial: la ionización de burbujas de aire en el aceite o cavidades dentro del aislamiento sólido bajo el campo eléctrico genera descargas repetitivas de baja energía. La acumulación a largo plazo conduce a la degradación del aislamiento.
Descarga de chispa: las descargas intermitentes se producen entre los componentes del potencial flotante (como las partes de sujeción del núcleo de hierro suelto) y el cuerpo de conexión a tierra, que es común en transformadores con más impurezas en el aceite.
Descarga del arco: el aislamiento entre los giros de devanado o el cable de plomo al suelo se descomponen, liberando arcos de alta energía, lo que puede causar explosiones e incendios.
2. Características y peligros
Generación de gas: los gases característicos como el hidrógeno (H₂) y el acetileno (C₂H₂) se generan durante el proceso de descarga y pueden identificarse mediante análisis cromatográfico.
Aumento de la temperatura anormal: la temperatura local en el punto de descarga aumenta bruscamente, acelerando la descomposición del aceite y desencadenando una reacción en cadena.
Daño del equipo: las descargas de alta energía pueden quemar el devanado, derretirse a través del núcleo de hierro e incluso hacer que el tanque de aceite estalle.
3. Medidas de prevención y control
Optimización estructural: elimine las esquinas y las rebabas afiladas, garantice la conexión a tierra de un solo punto del núcleo de hierro y evite los potenciales flotantes.
Gestión de la calidad del aceite: filtre y purifica regularmente el aceite para eliminar las partículas de metal y las impurezas de fibra y mantener la resistencia dieléctrica del aceite.
Monitoreo inteligente: desplegar dispositivos de imágenes ultravioleta y sensores de frecuencia ultra alta para lograr una advertencia temprana de descargas.
Conclusión
El devanado, el aislamiento y las fallas de descarga de los transformadores de potencia son las principales fuentes de riesgo que amenazan la seguridad de la red eléctrica. A través de tecnologías de diagnóstico precisas (como el análisis de la cromatografía de petróleo y el monitoreo parcial de descarga) y el mantenimiento preventivo (como la mejora del aislamiento y la optimización estructural), la tasa de falla puede reducirse significativamente. En el futuro, con la popularización de las tecnologías de detección inteligente y de predicción de IA, la gestión de fallas del transformador se desarrollará hacia la automatización y la precisión, mejorando aún más la confiabilidad del sistema de energía.
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