En este artículo se analiza Diagnóstico de fallos por deformación del devanado del transformador principal basado en un incidente real de disparo del transformador principal de una subestación.
1. Fenómeno de fallo
Durante el funcionamiento del transformador principal de una subestación, se activaron sucesivamente las protecciones contra gases pesados y ligeros del cuerpo del transformador, se dispararon los interruptores de los tres lados del equipo y el transformador principal quedó fuera de servicio.
2. Diagnóstico y análisis de averías
Los transformadores de potencia funcionan con gran estabilidad en condiciones normales, pero los cortocircuitos en las salidas son una de las principales causas de averías en los transformadores, y cada año se producen numerosos casos de averías en transformadores provocadas por cortocircuitos en las salidas. Cuando un transformador sufre una avería por cortocircuito repentino, el grado de daño está estrechamente relacionado con la magnitud de la corriente de cortocircuito y la eficacia de funcionamiento de la protección por relés. Si la corriente de cortocircuito es pequeña, la protección por relés puede actuar rápidamente para aislar la avería, causando daños leves en los devanados del transformador. Por el contrario, una corriente de cortocircuito elevada o un accionamiento retardado o bloqueo de la protección por relé tendrá graves consecuencias para los devanados del transformador, e incluso provocará daños directos en el equipo.
La enorme fuerza electrodinámica generada por la corriente de cortocircuito provoca vibraciones mecánicas en el transformador, afloja la estructura de sujeción de los devanados y, a largo plazo, puede provocar daños estructurales en los mismos. Con el crecimiento continuo de la capacidad instalada de la red eléctrica, la capacidad de cortocircuito del sistema no deja de aumentar, lo que da lugar a una tendencia al alza en las averías por deformación de los devanados de los transformadores tras cortocircuitos en las salidas. La evaluación del estado y la valoración de la viabilidad de la puesta en servicio de los transformadores tras cortocircuitos repentinos son tareas clave en la toma de decisiones para los departamentos de operación de la red eléctrica. De conformidad con las normas pertinentes para las pruebas rutinarias de los equipos eléctricos, los transformadores con fallos de cortocircuito en las salidas deben someterse a una serie de pruebas especiales, entre las que se incluyen el análisis de gases disueltos en el aceite, la prueba de resistencia en corriente continua de los devanados, la prueba de impedancia de cortocircuito, la prueba de respuesta en frecuencia de los devanados, así como la prueba de corriente en vacío y de pérdidas, con el fin de eliminar por completo los posibles riesgos del equipo.
En este caso de fallo, se adoptaron el método de respuesta en frecuencia y el método de impedancia de cortocircuito para el diagnóstico de la deformación de los devanados, utilizando un sistema específico de ensayo de respuesta en frecuencia de la deformación de los devanados de transformadores y un medidor de impedancia de cortocircuito de transformadores para la detección in situ. Los resultados de la prueba muestran que el pico característico de la curva de respuesta en frecuencia del devanado se desplazó hacia las altas frecuencias, con un aumento significativo de la amplitud del espectro. La impedancia de cortocircuito de alta y baja tensión de la fase C en el lado de 110 kV aumentó en 41,31 TP3T en comparación con los datos previos a la prueba, y la diferencia entre fases alcanzó los 40,91 TP3T, mientras que la impedancia de cortocircuito de media-baja tensión de la misma fase se encontraba dentro de los valores normales. Según las especificaciones de la norma, el límite de variación admisible de la reactancia de los devanados circulares concéntricos de un transformador, antes y después del impacto de la corriente de cortocircuito, no debe superar los 21 TP3T. Los datos de la prueba superan con creces el límite establecido por la norma, lo que confirma que se produjo una grave deformación del devanado en la fase C del lado de 110 kV del transformador principal, por lo que se deberá llevar a cabo inmediatamente una inspección con la cubierta retirada.
3. Medidas generales de seguridad
Desconectar por completo la alimentación del transformador principal defectuoso y llevar a cabo tareas de mantenimiento con el sistema desconectado, así como una inspección para detectar posibles riesgos ocultos.
4. Procedimientos de resolución de averías
Tras la inspección realizada al levantar la cubierta, se comprobó que las bobinas del transformador principal no estaban bien enrolladas. La espira más externa del primer paquete inferior del devanado se salió debido a la fuerza electrodinámica del cortocircuito y entró en contacto con la malla de blindaje de la bobina. Durante el funcionamiento del equipo, la vibración continua del transformador provocó una fricción prolongada entre la espira del devanado y la pantalla de blindaje, lo que acabó dañando el aislamiento de papel del cable en la superficie exterior de la espira. Teniendo en cuenta el grado de daño del equipo, se recomienda enviar el transformador principal a la fábrica para que se le realice un mantenimiento exhaustivo.
5. Conclusiones y recomendaciones sobre funcionamiento y mantenimiento
La inspección mediante elevación de la cubierta del transformador es una tarea de mantenimiento que requiere una gran cantidad de recursos humanos y materiales. Para evitar errores de valoración o pasar por alto fallos, la aplicación combinada del método de respuesta en frecuencia y del método de impedancia de cortocircuito constituye un medio eficaz y fiable para diagnosticar con precisión la deformación de los devanados del transformador. Basándonos en la experiencia adquirida en la resolución de esta avería, se proponen las siguientes recomendaciones optimizadas de funcionamiento y mantenimiento: en primer lugar, se realizarán pruebas específicas de deformación de los devanados en todos los transformadores principales de nueva construcción y de próxima puesta en servicio antes de su puesta en marcha, con el fin de disponer de datos de referencia originales para comparaciones posteriores; en segundo lugar, en el caso de los transformadores principales en servicio, se llevarán a cabo pruebas periódicas de deformación de los devanados, combinadas con el mantenimiento rutinario y la investigación de fallos, con el fin de crear expedientes completos de pruebas de los equipos.
En el caso de los transformadores que sufren fallos por cortocircuito en la salida o en zonas próximas a ella, es necesario llevar a cabo una detección específica de la deformación de los devanados para evaluar con precisión el estado de los mismos y confirmar las condiciones de puesta en servicio, incluso si los resultados de las pruebas eléctricas y de aceite convencionales son satisfactorios. En el diagnóstico de la deformación de los devanados, deben analizarse de forma exhaustiva datos multidimensionales —como el desplazamiento del punto de resonancia, el coeficiente de correlación y la variación de la impedancia de cortocircuito— para evitar errores de interpretación derivados de un único dato. Al mismo tiempo, es necesario acumular de forma continua datos de pruebas de los transformadores en diversas condiciones de funcionamiento, sintetizar las reglas de evaluación de fallos, mejorar la precisión en la identificación de fallos por deformación de los devanados y garantizar el funcionamiento seguro y estable de los equipos de la red eléctrica.
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