Medidas para melhorar a resistência a curto-circuito de transformadores de potência

Uma visão geral dos transformadores de potência

O transformador de potência eletrônico é implementado principalmente utilizando tecnologia de eletrônica de potência. A conversão de um sinal de frequência de rede para uma frequência de rede é realizada por meio da redução de frequência. Adotando um esquema de controle apropriado para o funcionamento do dispositivo eletrônico de potência, a energia elétrica de uma determinada frequência, tensão e forma de onda pode ser convertida em energia elétrica de outra frequência, tensão e forma de onda. Como o volume do transformador de isolamento intermediário depende da densidade de fluxo magnético de saturação do núcleo de ferro e da elevação máxima de temperatura permitida para o núcleo e o enrolamento, e como a densidade de fluxo magnético de saturação é inversamente proporcional à frequência de operação, o aumento da frequência de operação pode melhorar a utilização da eficiência do núcleo de ferro, reduzindo assim o tamanho do transformador e aumentando sua eficiência geral.

2. Medidas para melhorar a resistência a curto-circuito de transformadores de potência

A operação segura, econômica e confiável, bem como o desempenho dos transformadores, dependem da qualidade de sua fabricação, do ambiente operacional e da qualidade da manutenção. Este capítulo busca abordar as medidas para prevenir eficazmente a falha repentina do transformador durante sua operação e manutenção.

A rede elétrica frequentemente sofre curtos-circuitos devido a descargas atmosféricas, mau funcionamento ou falha de proteção por relés, etc. O forte impacto da corrente de curto-circuito pode danificar o transformador, portanto, esforços devem ser feitos para melhorar a capacidade de suportar curtos-circuitos do transformador em todos os aspectos. Os resultados estatísticos de acidentes por impacto de curto-circuito em transformadores mostram que as causas de curto-circuito representam cerca de 80%, enquanto as causas de operação e manutenção representam apenas cerca de 10%. As medidas relacionadas ao projeto e fabricação foram discutidas no Capítulo 2, e este capítulo se concentra nas medidas que devem ser tomadas durante a operação e manutenção. No processo de operação e manutenção, por um lado, as falhas de curto-circuito devem ser minimizadas, reduzindo assim o número de vezes que o transformador é impactado; por outro lado, a deformação do enrolamento do transformador deve ser verificada em tempo hábil para prevenir problemas antes que eles ocorram.

(1) Padronizar o projeto e atentar para o processo de compressão axial na fabricação das bobinas. Ao projetar, o fabricante deve considerar não apenas a redução das perdas e a melhoria do nível de isolamento do transformador, mas também o aumento da resistência mecânica e da resistência a curto-circuito. Em termos de processo de fabricação, como muitos transformadores utilizam placas de pressão isolantes, e as bobinas de alta e baixa tensão compartilham uma mesma placa, essa estrutura exige um alto nível de tecnologia de fabricação, e as almofadas devem ser densamente compactadas. Seque uma única bobina sob pressão constante e meça a altura da bobina após a compressão; após cada bobina da mesma placa de pressão ser processada pelo processo acima, ela é ajustada para a mesma altura, e um dispositivo hidráulico é usado para aplicar a pressão especificada à bobina durante a montagem final. Assim, a altura atinge os requisitos de projeto e processo. Na montagem geral, além de atentar para a compressão da bobina de alta tensão, deve-se dar atenção especial ao controle da compressão da bobina de baixa tensão.

(2) Realizar um teste de curto-circuito no transformador para evitar que ele ocorra. A confiabilidade operacional de grandes transformadores depende, em primeiro lugar, de sua estrutura e do nível do processo de fabricação e, em segundo lugar, de vários testes realizados no equipamento durante a operação para compreender as condições de trabalho em tempo hábil. Para entender a estabilidade mecânica do transformador, é possível aprimorar seus pontos fracos por meio de testes de curto-circuito, garantindo que a resistência estrutural do transformador seja projetada com precisão.

(3) Utilize proteção de relé confiável e sistema de religamento automático. Acidentes de curto-circuito no sistema são acidentes que as pessoas tentam evitar, mas não podem evitar completamente, especialmente em linhas de 10 kV, onde a probabilidade de ocorrência de curto-circuito é alta devido a operação incorreta, entrada de pequenos animais, força externa e responsabilidade do usuário. Portanto, para transformadores em operação, é fundamental equipá-los com uma fonte de alimentação CC confiável para o sistema de proteção e garantir a correta atuação da proteção. Considerando a baixa resistência a curto-circuito externo dos transformadores em operação, os fatores desfavoráveis ​​devem ser levados em conta para o religamento automático ou comissionamento forçado após o desligamento por curto-circuito do sistema, caso contrário, os danos ao transformador podem ser agravados e até mesmo a possibilidade de reparo. Atualmente, alguns departamentos de operação cancelaram o uso do religamento automático em linhas aéreas de curta distância (como em um raio de 2 km) ou em cabos, considerando a probabilidade de a falha de curto-circuito ser eliminada automaticamente em um instante, ou estendendo adequadamente o intervalo entre os fechamentos para reduzir os problemas causados ​​pela falha no religamento. O risco de desligamento por curto-circuito deve ser minimizado sempre que possível.

(4) Realizar ativamente testes de deformação e diagnóstico dos enrolamentos do transformador. Normalmente, após o transformador ser atingido por uma corrente de curto-circuito, o enrolamento sofrerá deformação parcial e, mesmo que não seja danificado imediatamente, poderá apresentar problemas ocultos graves. Primeiramente, a distância de isolamento se altera e o isolamento sólido é danificado, resultando em descarga parcial. Ao ocorrer sobretensão atmosférica, é possível que haja ruptura entre espiras e entre cones, resultando em acidentes de isolamento repentinos. Mesmo sob tensão normal de operação, acidentes de ruptura de isolamento podem ser causados ​​pelo efeito prolongado da descarga parcial.

Portanto, realizar ativamente o diagnóstico da deformação do enrolamento do transformador, a detecção oportuna de transformadores defeituosos e a verificação e manutenção planejadas da carcaça podem não apenas economizar muitos recursos humanos e materiais, mas também desempenhar um papel extremamente importante na prevenção de acidentes com transformadores.

A distribuição de zeros e polos da função de transferência H(jw) (ou seja, a característica de resposta em frequência) está intimamente relacionada aos componentes e aos métodos de conexão na rede de duas portas. Numerosos resultados de pesquisas experimentais mostram que os enrolamentos de transformadores geralmente apresentam mais pontos de ressonância na faixa de frequência de 10 kHz a 1 MHz. Quando a frequência é inferior a 10 kHz, a indutância do enrolamento desempenha um papel preponderante, o número de pontos de ressonância é geralmente menor e a sensibilidade às variações da capacitância distribuída é reduzida. Quando a frequência excede 1 MHz, a indutância do enrolamento é compensada pela capacitância distribuída, e o número de pontos de ressonância também diminui, tornando-se menos sensível às variações de indutância. Além disso, com o aumento da frequência, a capacitância parasita do circuito de teste (cabo) também passa a ter um impacto significativo nos resultados dos testes.

Como o testador de deformação de enrolamentos de transformadores é caro e exige pessoal altamente qualificado, seu uso em larga escala na produção e operação é limitado. Portanto, na prática, o método de avaliação da deformação do enrolamento com base na variação da capacitância pode ser um complemento útil ao método de resposta em frequência. Principalmente quando o método de resposta em frequência não é viável, o estado de funcionamento do enrolamento do transformador pode ser avaliado em tempo real pela comparação da capacitância medida horizontal e verticalmente, reduzindo a probabilidade de acidentes e garantindo a operação segura e estável da rede elétrica.

(5) Reforçar a inspeção na construção, operação e manutenção no local, e utilizar um sistema de proteção contra curto-circuito confiável. Ao instalar o transformador no local, a construção deve ser realizada em estrita conformidade com as instruções e especificações do fabricante, a qualidade deve ser rigorosamente controlada e medidas correspondentes devem ser tomadas para eliminar os perigos ocultos encontrados. O pessoal de operação e manutenção deve reforçar a inspeção, a manutenção e a gestão da garantia do transformador para garantir que ele esteja em boas condições de funcionamento e tomar medidas correspondentes para reduzir a probabilidade de falhas de curto-circuito na saída e áreas próximas. Para evitar ao máximo a falha de curto-circuito do sistema, para os transformadores que já estão em operação, deve-se equipar primeiramente um sistema de proteção CC confiável para garantir a correção da ação de proteção; a tecnologia de teste de resposta em frequência mede a condição do transformador após ser impactado por um curto-circuito e verifica propositalmente a carcaça de acordo com os resultados do teste, o que pode evitar efetivamente a ocorrência de acidentes graves.

A capacidade de um transformador suportar diferentes correntes de curto-circuito depende principalmente do projeto estrutural e do processo de fabricação, estando, portanto, intimamente relacionada à gestão operacional, às condições de operação e ao nível tecnológico da construção. Acidentes de curto-circuito em transformadores são extremamente prejudiciais à operação do sistema de distribuição de energia. Para evitar esses acidentes, medidas de controle eficazes devem ser adotadas em diversas frentes para garantir a operação segura e estável dos transformadores e dos sistemas de distribuição de energia.