Causas de un cortocircuito repentino en un transformador

■ Inspección y prueba del bobinado

Cuando el transformador sufre un cortocircuito, bajo la acción de la fuerza electrodinámica, el bobinado se ve sometido simultáneamente a presión, tensión, flexión y otras fuerzas, lo que provoca que la falla se oculte considerablemente, lo que dificulta su comprobación y reparación. Por lo tanto, el bobinado debe revisarse después de que se produzca un cortocircuito.

■ Medición de la resistencia de CC del transformador

Según el valor medido de la resistencia de CC del transformador, se verifica el desequilibrio de la resistencia de CC del devanado y se compara con el valor medido previamente, lo que permite investigar eficazmente los daños en el devanado del transformador. Por ejemplo, tras un cortocircuito en un transformador, la resistencia de CC en la dirección C del lado de baja tensión aumentó aproximadamente un 10 %, por lo que se sospechó la posible presencia de nuevos hilos en el devanado. Finalmente, se extrajo el devanado para su inspección y se descubrió que un hilo del devanado de la fase C estaba roto.

■ Medición de la capacitancia del devanado del transformador

La capacitancia del devanado se compone de la capacitancia entre espiras, entre capas y entre capas, así como de la capacitancia del devanado. Esta capacitancia está relacionada con la distancia entre los devanados y el núcleo de hierro y tierra, la distancia entre los devanados y el núcleo de hierro, la distancia entre los devanados, la distancia entre capas y la distancia entre capas. Cuando el devanado se deforma, generalmente se dobla en forma de "S", lo que reduce la distancia entre el devanado y el núcleo de hierro y aumenta la capacitancia del devanado a tierra. Cuanto menor sea la distancia, mayor será la variación de la capacitancia. Por lo tanto, la capacitancia del devanado puede reflejar indirectamente el grado de deformación del mismo.

■ Inspección después de levantar la tapa

Tras retirar la tapa del transformador, si se observa escoria de cobre fundido, escoria de aluminio o fragmentos de papel de cable de alta densidad en su interior, se puede concluir que el bobinado ha sufrido una deformación importante y rotura de hilos. Además, el grado de daño del bobinado también puede evaluarse a partir del desplazamiento y la caída del bloque amortiguador del bobinado, la posición de la placa de presión, el desplazamiento del pasador de presión, etc.

■ Inspección del núcleo de hierro y la abrazadera

El núcleo de hierro del transformador debe tener la resistencia mecánica suficiente, garantizada por la resistencia de todas las piezas de sujeción del núcleo y sus conectores. Cuando el devanado genera fuerza eléctrica, la fuerza axial del devanado se contrarresta con la fuerza de reacción de la abrazadera. Si la resistencia de la abrazadera y la placa de tracción es menor que la fuerza axial, la abrazadera, la placa de tracción y el devanado se dañarán. Por lo tanto, es necesario revisar cuidadosamente el estado del núcleo de hierro, la abrazadera, la placa de tracción y sus conectores, y verificar las siguientes condiciones:

① Compruebe si la viruta del yugo en el núcleo de hierro se mueve hacia arriba y hacia abajo.

② Se deberá medir la resistencia de aislamiento entre el tornillo perforador del núcleo y el núcleo de hierro, se deberá comprobar si la camisa del tornillo perforador del núcleo está dañada y se deberá comprobar si la placa de tracción y el conector de la placa de tracción están dañados.

③ Cuando el transformador sufre un cortocircuito, puede producirse un desplazamiento entre la placa de presión y la pieza de sujeción, lo que puede provocar que la conexión a tierra de la placa de presión y la horquilla de hierro del pasador de presión se suelten o se quemen por sobrecorriente. Por lo tanto, en el caso de la placa de presión del devanado, además de comprobar si el pasador y la placa de presión presentan daños, verifique si la conexión a tierra entre el devanado, el pasador de presión y la horquilla superior es fiable.

■ Análisis del aceite y gas de transformadores

Tras un cortocircuito en el transformador, puede acumularse una gran cantidad de gas en el relé de gas. Por lo tanto, después del accidente, se pueden tomar muestras del gas en el relé de gas y del aceite del transformador para realizar un análisis químico y determinar la naturaleza del accidente.

■ Aspectos que requieren atención al manejar fallas de cortocircuito en transformadores

(1) Asegúrese del rendimiento de las piezas aislantes al reemplazar las piezas aislantes.

Durante el tratamiento, se comprobará el rendimiento de las piezas aislantes sustituidas, y solo podrán utilizarse una vez que cumplan los requisitos. Se prestará especial atención al aislamiento del bloque de madera del soporte de plomo. Para garantizar su aislamiento, el bloque de madera deberá sumergirse en aceite térmico para transformadores a unos 80 °C durante un tiempo antes de su instalación.

(2) La prueba de aislamiento del transformador se realizará después de que el transformador esté lleno de aceite y haya permanecido en reposo durante 24 horas.

Debido a que algunas partes aislantes amortiguadas se difunden hacia la superficie aislante después de estar sumergidas en aceite caliente durante un tiempo prolongado, los defectos de aislamiento no se pueden detectar después de la inyección de aceite. Por ejemplo, durante el tratamiento, se reemplazó un bloque de madera de soporte de una barra de cobre de 10 kV en el lado de baja tensión de un transformador de 31,5 MVA y 110 kV. Después de llenar el transformador con aceite, todas las pruebas fueron normales. La resistencia de aislamiento del lado de baja tensión de 10 kV con respecto al núcleo de hierro, la abrazadera y la tierra se redujo a aproximadamente 1 MΩ. Después de inspeccionar la tapa colgante, se encontró que el aislamiento del bloque de madera de soporte de la barra de cobre de 10 kV era muy bajo. Por lo tanto, la prueba de aislamiento debe realizarse de manera confiable 24 horas después de que el transformador aún esté lleno de aceite.

(3) Se deberá prestar atención a las esquinas afiladas del núcleo de hierro durante el reensamblaje.

Al volver a instalar el núcleo de hierro en el yugo, preste atención a la esquina afilada del chip del núcleo de hierro y mida oportunamente el aislamiento entre los conductos de aceite, especialmente la esquina afilada del chip en el conducto de aceite, para evitar que el núcleo de hierro se ponga a tierra en múltiples puntos debido a la unión del chip. Por ejemplo, en un transformador de 220 kV y 120 MVA, al reemplazar el devanado en el lado de baja tensión y reinstalar el yugo, el aislamiento entre los canales de aceite se midió como 0 después de la instalación porque no se detectó la esquina afilada del chip durante la reinstalación y el aislamiento entre los canales de aceite no se midió a tiempo. Se tardó mucho tiempo en descubrir que el canal de aceite estaba en cortocircuito en la esquina afilada del chip del núcleo.

(4) Reemplace el material del bobinado con uno de alta resistencia a cortocircuitos.

La resistencia mecánica del bobinado del transformador de estructura mejorada está determinada principalmente por los dos aspectos siguientes:

① En primer lugar, la resistencia mecánica del bobinado está determinada por los factores de su propia estructura;

② El segundo factor es la resistencia mecánica, determinada por el soporte en el lado del diámetro interior del devanado, la estructura de compresión axial del devanado y el proceso de fabricación de las placas de tracción y las abrazaderas. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de transformadores utilizan alambre de cobre semiduro o conductor transpuesto autoadhesivo para mejorar la capacidad de resistencia a cortocircuitos del propio devanado, utilizan cilindros de cartón de mejor calidad o aumentan el número de soportes para mejorar la capacidad del devanado para soportar fuerzas radiales, y utilizan placas de tracción o pernos de resorte para mejorar la capacidad del grupo de devanado para soportar fuerzas axiales.

Como departamento técnico del fabricante de transformadores de potencia, durante la demostración técnica previa a la firma del contrato de venta del transformador y la sustitución del bobinado del transformador, se debe investigar a fondo la capacidad de protección contra cortocircuitos del bobinado y prestarle la debida atención.

(5) Secado del transformador

Dado que el transformador necesita ser revisado durante mucho tiempo después de haber sido afectado por un cortocircuito, se pueden tomar dos medidas para evitar que el transformador se humedezca:

① En primer lugar, antes de finalizar la jornada laboral, se debe cubrir el transformador y utilizar una bomba de vacío para eliminar el agua libre de la superficie. Al comenzar la jornada siguiente, se debe utilizar nitrógeno seco o aire seco para eliminar el vacío. Generalmente, el transformador puede ponerse en funcionamiento directamente después de 24 horas de circulación de aceite caliente tras el mantenimiento.

2. En segundo lugar, tras finalizar cada jornada laboral, se deberán tomar medidas para proteger el transformador de la lluvia. Una vez finalizado el trabajo, el transformador deberá secarse mediante pulverización con aceite caliente, proceso que suele durar entre 7 y 10 días.

(6) Otras precauciones

Tras un cortocircuito en el transformador, además de realizar las pruebas convencionales, se debe determinar la naturaleza de la falla mediante la combinación de los resultados de las pruebas de aceite del transformador, gas del relé, resistencia de CC del devanado, capacitancia del devanado y medición de la deformación del devanado. Asimismo, se debe verificar la deformación de los devanados, el desplazamiento y la holgura de los núcleos de hierro y las abrazaderas, y posteriormente se determinará el plan de tratamiento y las medidas preventivas para el transformador. Cuando sea necesario reemplazar el devanado debido a una deformación grave causada por un cortocircuito, se debe prestar atención al reensamblaje de las virutas del núcleo de hierro, el secado de todas las partes aislantes, el tratamiento del aceite del transformador y el secado general del transformador.