Principio, estructura, funcionamiento y mantenimiento de la protección contra gases en transformadores.

1. ¿Qué es el gas?

El gas se forma por la descomposición de la celulosa y la materia orgánica mediante la acción de bacterias anaeróbicas en la etapa inicial de acumulación de carbón por plantas antiguas. En un entorno de alta temperatura y alta presión, el gas se genera continuamente debido a efectos físicos y químicos durante la formación del carbón. El gas es incoloro e inodoro, aunque a veces puede percibir un aroma similar al de la manzana, debido a la liberación simultánea de hidrocarburos aromáticos y gas. Su densidad relativa con respecto al aire es de 0,554, y su densidad en condiciones estándar es de 0,716 kg/m³. La permeabilidad del gas es 1,6 veces mayor que la del aire. Es insoluble en agua, no es combustible y no permite la respiración. Puede causar asfixia por falta de oxígeno y puede arder o explotar.

Los componentes principales del gas son los alcanos, de los cuales el metano constituye la gran mayoría, y pequeñas cantidades de etano, propano y butano. Además, generalmente contiene sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y humedad, así como trazas de gases inertes como helio y argón. En condiciones normales, el metano y el butano se encuentran en estado gaseoso, mientras que el pentano y los compuestos superiores son líquidos. En caso de incendio, puede producirse una explosión de gas que representa una grave amenaza para la seguridad de los mineros.

2. Definición de protección contra gases

En el relé de protección de gas, la parte superior es un flotador sellado, la parte inferior es un deflector metálico, y ambos están equipados con contactos de mercurio sellados. Los flotadores y deflectores giran sobre sus respectivos ejes. Durante el funcionamiento normal, el relé se llena de aceite, el flotador se sumerge en él, quedando en posición flotante, y el contacto de mercurio se desconecta; el deflector se hunde debido a su propio peso, y su contacto de mercurio también se desconecta. Cuando hay una pequeña falla dentro del transformador, se genera gas lentamente, y el gas se acumula primero en el espacio superior del relé de gas en su camino hacia el conservador de aceite, lo que provoca que el nivel de aceite baje, y el flotador se hunda para cerrar el contacto de mercurio, y la señal de retardo de tiempo de activación, a esto se le llama "gas ligero". Cuando se produce una falla grave en el transformador, se genera una fuerte descarga de gas y la presión en el tanque de aceite aumenta instantáneamente, lo que provoca un gran flujo de aceite que impacta la dirección del cojinete de aceite. Debido a que el flujo de aceite impacta el deflector, este vence la resistencia del resorte, impulsa el imán hacia el contacto del resorte, cierra el contacto de mercurio, activa el circuito de disparo y dispara el interruptor automático. Este es el llamado "flujo de gas pesado". La acción del gas pesado corta inmediatamente toda la energía conectada al transformador para evitar la propagación del accidente y proteger el transformador.

Existen diferentes tipos de relés de gas, como los de flotador, de deflector y de copa abierta. La mayoría utiliza relés QJ-80; el circuito de señal está conectado a la copa abierta y el circuito de disparo al deflector. La llamada señal de protección de gas indica que, por diversas razones, el contacto del circuito de señal de la copa abierta superior del relé se cierra y la luz indicadora se enciende.

La normativa estipula que, para los transformadores sumergidos en aceite con una capacidad de 800 kVA o superior y para los transformadores sumergidos en aceite con una capacidad de 400 kVA o superior, se debe instalar protección contra gases.

3. Clasificación de la protección contra gases

La protección contra gases se divide generalmente en dos categorías: gases ligeros y gases pesados.

1. Protección contra fugas de gas: El transformador se sobrecalienta o se descarga parcialmente, lo que provoca un aumento de la temperatura del aceite del transformador, generando una cierta cantidad de gas que se acumula en el relé. Cuando se alcanza una cantidad determinada, el relé se activa y se envía una señal.

2. Protección contra gases densos: Después de que se produzca un cortocircuito grave en el transformador, esto afectará al aceite del transformador, provocando que un cierto flujo de aceite se dirija rápidamente al deflector del relé y se dispare.

4. Alcance de la protección de gas

La protección de gas es la principal protección del transformador y puede detectar todas las fallas en el tanque. Estas incluyen: cortocircuito multifásico en el tanque de combustible, cortocircuito entre espiras del devanado, cortocircuito entre el devanado y el núcleo de hierro o la carcasa, falla del núcleo de hierro, caída o fuga de nivel de aceite, mal contacto del cambiador de tomas o soldadura deficiente del cable, etc. La acción de la protección de gas es rápida, sensible y confiable, y su estructura es simple. Sin embargo, no puede detectar fallas en el circuito externo del tanque de aceite (como el cable conductor), por lo que no puede utilizarse como único dispositivo de protección contra fallas internas del transformador. Además, la protección de gas también es susceptible a fallar bajo la interferencia de algunos factores externos (como terremotos).

El relé Buchholz del interruptor regulador de tensión bajo carga del transformador tiene la misma función que el relé Buchholz del transformador principal, con diferentes posiciones de instalación y diferentes modelos.

Cinco, el método de instalación de la protección

El relé Buchholz se instala en la tubería de conexión desde el transformador hasta el conservador de aceite. Durante la instalación, se debe prestar atención a:

1. En primer lugar, cierre herméticamente la válvula de mariposa de la tubería de relevo de gas. Si la válvula de mariposa no está bien cerrada o se presentan otras condiciones, se puede drenar el aceite del depósito de aceite si es necesario para evitar que se derrame una gran cantidad de aceite durante el trabajo.

2. Antes de instalar el nuevo relé de gas, verifique si cuenta con un certificado de inspección, si el calibre y el caudal son correctos, si las piezas internas y externas están dañadas, si presenta algún atasco temporal en el interior, debe desmontarse. Finalmente, compruebe el funcionamiento de la boya, el deflector, la señal y el contacto de disparo. Si su funcionamiento es fiable, cierre la válvula de purga.

3. El relé de gas debe instalarse horizontalmente, y la flecha marcada en la cubierta superior debe apuntar hacia el cojinete de aceite. En el proyecto, se permite que el eje del relé se eleve ligeramente en el extremo del cojinete de aceite, pero la inclinación con respecto al plano horizontal no debe exceder el 4 %.

4. Abra la válvula de mariposa para llenar el relé de gas con aceite y, a continuación, libere el aire mediante la válvula de purga. Si la bolsa de aceite tiene una cápsula, preste atención al método de llenado y desinflado para minimizar y evitar la entrada de gas.

5. Al realizar el cableado de protección, es necesario evitar conexiones incorrectas y cortocircuitos, evitar el funcionamiento bajo tensión y, al mismo tiempo, evitar que la varilla conductora gire y que el pequeño cabezal de porcelana gotee aceite.

6. Antes de ponerlo en funcionamiento, se deben realizar pruebas de vibración del aislamiento y pruebas de transmisión.

6. Elementos de prueba de relés de gas

Antes de instalar y utilizar el relé de gas, se deben realizar las siguientes inspecciones y pruebas:

1. Elementos de inspección general:

La ventana de cristal, la válvula de liberación de aire, la aguja de control y el terminal de salida no presentan fugas de aceite, y el flotador, la copa abierta, la ventana de cristal, etc., están completamente libres de grietas.

2. Elementos de la prueba

2.1. Prueba de estanqueidad: prueba de fugas de presión de aceite general (presión de 20 mPa, duración de 1 h), no debe haber fugas.

2.2. Prueba de rigidez dieléctrica de los terminales: Se aplica una tensión de frecuencia industrial de 2000 V entre los terminales de salida durante 1 minuto. La resistencia de aislamiento también se puede medir con un megóhmetro de 2500 V. La resistencia de aislamiento debe ser superior a 300 mΩ.

2.3. Prueba de volumen de acción del gas ligero: cuando se acumulan 250∽300cm3 de aire en la carcasa, el gas ligero debe actuar de manera confiable.

2.4. Prueba de velocidad de flujo de la acción de gases pesados.

7. Inspección diaria

El reglamento de operación de transformadores de potencia DL/T572-95 (en adelante, "el reglamento") estipula que en la inspección diaria de los transformadores, lo primero que se debe verificar es si hay gas en el relé de gas, y la inspección del gas debe prestar atención a los siguientes puntos:

1. La válvula en la tubería de conexión del relé de gas debe estar en posición abierta.

2. El respirador del transformador debe estar en condiciones normales de funcionamiento.

3. La pieza de conexión de protección de gas debe colocarse correctamente.

4. El nivel de aceite del depósito debe estar en la posición correcta y el relé debe estar lleno de aceite.

5. La cubierta impermeable del relé de gas debe estar firme.

6. Los terminales del relé no deben tener fugas de aceite y deben ser capaces de evitar la entrada de lluvia, nieve y polvo. La fuente de alimentación y su circuito secundario deben contar con medidas de impermeabilidad, protección contra el aceite y la congelación, y deben ser impermeabilizados y protegidos contra el aceite en primavera y otoño, y se deben realizar comprobaciones de protección contra la congelación.

Ocho, el funcionamiento de la protección contra gases

Cuando el transformador está en funcionamiento normal, el relé Buchholz funciona sin ninguna anomalía. En cuanto al estado de funcionamiento del relé Buchholz, la normativa establece lo siguiente:

1. Cuando el transformador esté en funcionamiento, la protección de gas debe conectarse a la señal y al disparo, y la protección de gas del cambiador de tomas bajo carga debe conectarse al disparo.

2. Cuando el transformador realice el siguiente trabajo durante su funcionamiento, la protección contra gases pesados ​​deberá reconectarse a la señal:

2.1. Cuando se utilice un interruptor automático para controlar dos transformadores, cuando uno de ellos pase a modo de espera, el transformador de espera deberá volver a conectarse a la señal.

2.2. Al filtrar aceite, reponer aceite, reemplazar la bomba de aceite sumergible o reemplazar el adsorbente del purificador de aceite y abrir y cerrar la válvula en la tubería de conexión del relé de gas.

2.3. Al trabajar en la protección de gas y su circuito secundario.

2.4. Excepto la muestra de aceite y la válvula de liberación de aire en la parte superior del relé Buchholz, abra las válvulas de liberación de aire, drenaje de aceite y entrada de aceite en todos los demás lugares.

2.5 . Cuando el nivel de aceite del indicador de nivel de aceite sube anormalmente o el sistema de succión y succión presenta fenómenos anormales, es necesario abrir la válvula de liberación de aire o de descarga de aceite.

3. Durante el período de pronóstico sísmico, el modo de operación de la protección contra sobretensiones debe determinarse según las condiciones específicas del transformador y el comportamiento sísmico del relé de gas. Los transformadores que se encuentren fuera de servicio debido a la activación de la protección contra sobretensiones por sismos deben revisarse y probarse antes de volver a operar, y solo podrán ponerse en funcionamiento tras confirmar que no presentan anomalías.

9. Razones para tomar medidas de protección contra gases

1. Razones para la acción sobre el gas ligero

1.1. El aire entra en el transformador debido a un filtro de aceite, un sistema de reabastecimiento de combustible o un sistema de refrigeración deficientes.

1.2. El nivel de aceite es inferior al de la boya de gas indicadora debido a una caída de temperatura o a una fuga de aceite.

1.3. Se produce una pequeña cantidad de gas por fallo del transformador.

1.4. El transformador presenta un cortocircuito transitorio. Bajo la acción de la corriente de falla penetrante, la velocidad del flujo de aceite entre los espacios de aceite se acelera. Cuando la diferencia de presión entre el espacio de aceite y el exterior del devanado varía considerablemente, el relé de gas puede fallar. La corriente de falla transitoria provoca el calentamiento del devanado. Cuando el múltiplo de la corriente de falla es grande, la temperatura del devanado aumenta rápidamente, lo que provoca la expansión del volumen de aceite y, en consecuencia, el mal funcionamiento del relé de gas.

1.5, falla del relé de gas o del circuito secundario.

Los factores mencionados anteriormente pueden provocar que se active la señal de protección contra gases.

10. Tratamiento posterior a la acción de protección contra gases

1. Después de que el dispositivo de protección de gas del transformador entre en funcionamiento, debe revisarse cuidadosamente, analizarse minuciosamente y evaluarse correctamente, y deben tomarse medidas de inmediato.

A. Cuando se active la señal de protección de gas, revise inmediatamente el transformador para determinar la causa de la acción, ya sea por acumulación de aire, disminución del nivel de aceite, falla del circuito secundario o falla interna del transformador superior. Si hay gas en el relé de gas, registre la cantidad de gas, observe su color y compruebe si es inflamable, y tome muestras de gas y aceite para análisis cromatográfico. La naturaleza de la falla del transformador se puede determinar de acuerdo con las regulaciones y directrices pertinentes. El análisis cromatográfico se refiere al análisis cualitativo y cuantitativo de hidrógeno, oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, etano, etileno, acetileno y otros gases contenidos en el gas recolectado utilizando un cromatógrafo. Determinar con precisión la naturaleza, la tendencia de desarrollo y la gravedad de las fallas.

B. Si el gas en el relé de gas es incoloro, inodoro y no inflamable, y el análisis cromatográfico determina que es aire, el transformador puede continuar funcionando y eliminar el defecto de entrada de aire a tiempo.

Si el gas en el relé de gas es inflamable y el resultado del análisis cromatográfico del gas disuelto en el aceite es anormal, se debe realizar una evaluación exhaustiva para determinar si el transformador está fuera de servicio.

2. Cuando se active el relé Buchholz, el transformador no deberá ponerse en funcionamiento hasta que se identifique la causa y se elimine la falla. Para determinar las causas, se deben considerar principalmente los siguientes factores y realizar un análisis exhaustivo.

a. Si la respiración es deficiente o está agotado;

b. Si los circuitos secundarios, como los de protección y CC, funcionan correctamente;

c. Si la apariencia del transformador presenta algún fenómeno anormal que refleje claramente la naturaleza de la falla;

d. Si el gas acumulado en el relé de gas es inflamable;

e. Los resultados del análisis cromatográfico del gas en el relé de gas y del gas disuelto en el aceite;

f. Resultados necesarios de las pruebas eléctricas;

g. La acción de otros dispositivos de protección de relés del transformador.

11. Medidas de seguridad relacionadas con la protección contra gases.

La acción de protección contra fugas de gas, en su forma leve, envía una señal de protección para recordar al personal de mantenimiento que revise el transformador de inmediato; en su forma grave, se dispara el interruptor del transformador, lo que provoca que este deje de funcionar inmediatamente, sin garantizar la fiabilidad del suministro eléctrico. Se proponen medidas de protección contra fugas de gas.

1. Cambiar la boya inferior del relé de gas al tipo deflector y el contacto al tipo vertical para mejorar la fiabilidad de la acción del gas pesado.

2. Para evitar que el relé de gas sufra un cortocircuito debido a fugas de agua, se deben tomar medidas impermeables en sus terminales y en las cajas de bornes de los cables.

3. El cable conductor del relé de gas debe ser un cable resistente al aceite.

4. Los cables conductores y los cables del relé de gas deben conectarse a los terminales de la caja de terminales de cables respectivamente.