Monitoramento de falhas em transformadores do tipo seco: tipos de falhas, análise de causas e sistema de monitoramento

发布时间：3 de novembro de 2025 08:09:26

Os transformadores do tipo seco são amplamente usados em prédios altos, data centers, metrôs e outros locais com altos requisitos de segurança devido às vantagens de serem isentos de óleo, à prova de fogo e explosão e de manutenção conveniente. No entanto, sua operação é afetada pelo ambiente, pela carga, pelo processo de fabricação e por outros fatores, propensos a vários tipos de falhas. A identificação precisa dos tipos de falhas, as causas claras e a criação de um sistema de monitoramento eficiente são essenciais para garantir a operação estável do sistema de energia.

Primeiro, tipos comuns de falha do transformador do tipo seco

As falhas dos transformadores a seco estão concentradas principalmente nos componentes principais e nos sistemas operacionais, e os tipos comuns incluem as seguintes categorias:
  1. Falha no enrolamentoAs falhas mais comuns e perigosas incluem superaquecimento do enrolamento, curtos-circuitos entre voltas, curtos-circuitos fase-fase e deformação do enrolamento.
  2. Falha no núcleoAnomalia de vibração: Manifesta-se principalmente como aterramento multiponto do núcleo de ferro, perda muito grande do núcleo de ferro, núcleo de ferro solto ou anormalidade de vibração.
  3. Falha no isolamentoTransformadores do tipo seco são, em sua maioria, fundidos em epóxi ou com isolamento não encapsulado, formas de falha por envelhecimento do isolamento, umidade do isolamento, descarga por quebra do isolamento.
  4. falha de descarga parcialConcentração de campo elétrico localizado dentro ou na superfície do isolamento, desencadeando descargas de ruptura locais, é um importante precursor da deterioração do isolamento.
  5. Falha no sistema de resfriamentoPara transformadores do tipo seco com resfriamento forçado a ar (AF), é comum que os ventiladores sejam danificados, a velocidade do ar seja insuficiente e os canais de resfriamento sejam bloqueados.

II. Principais causas de falha

A falha do transformador do tipo seco não é causada por um único fator, mas o projeto, a fabricação, a operação, o ambiente e outros fatores desempenham um papel conjunto nos resultados:

1. defeitos de projeto e fabricação

  • O processo de enrolamento não está de acordo com o padrão, o que resulta em uma disposição desigual dos fios e em uma espessura insuficiente da camada de isolamento, o que aumenta o risco potencial de curto-circuito entre as voltas.
  • Precisão insuficiente do empilhamento do núcleo de ferro, força de fixação insuficiente, vibração e perda excessiva de corrente parasita em operação, provocando superaquecimento do núcleo de ferro.
  • A seleção inadequada dos materiais de isolamento, o nível de resistência à temperatura ou a resistência mecânica não atendem aos requisitos das condições de trabalho, facilitando os danos causados pelo envelhecimento.

2. condições operacionais anormais

  • Em uma operação de sobrecarga de longo prazo, a perda do enrolamento aumenta significativamente, a temperatura excede o limite de tolerância do isolamento, acelerando o envelhecimento do isolamento e a deformação do enrolamento.
  • A flutuação da tensão é muito grande ou o desequilíbrio da carga trifásica, resultando em saturação da densidade magnética do núcleo de ferro, aumento da perda e ruído de vibração.
  • Com a frequente partida, parada ou impacto súbito de curto-circuito, o enrolamento é submetido a uma enorme força eletromagnética, o que pode facilmente causar deformação do fio e juntas soltas.

3. impacto dos fatores ambientais

  • Se a umidade do ambiente exceder o padrão, o material de isolamento do transformador a seco não vedado absorverá a umidade, levando a uma queda na resistência do isolamento e provocando falhas de descarga.
  • Poeira, gases corrosivos (por exemplo, fábricas de produtos químicos, áreas costeiras) que aderem à superfície dos enrolamentos ou núcleos, destruindo a camada de isolamento e acelerando a corrosão dos componentes.
  • A temperatura ambiente está muito alta, excedendo a capacidade do sistema de resfriamento de dissipar o calor, o que resulta em um aumento anormal da temperatura geral do equipamento.

4. falta de gerenciamento de manutenção

  • Se os canais de resfriamento não forem limpos regularmente, o acúmulo de poeira leva a uma ventilação deficiente e a redução da eficiência do resfriamento provoca superaquecimento.
  • Os testes preventivos, como o teste de resistência de isolamento e a detecção de descarga parcial, não são realizados há muito tempo, e as possíveis falhas não podem ser detectadas a tempo.
  • Os ventiladores, sensores e outros componentes do sistema de resfriamento não passam por manutenção regular e não são substituídos em tempo hábil após a falha.

Terceiro, classificação e recursos do sistema de monitoramento de falhas de transformadores do tipo seco

O sistema de monitoramento de falhas de transformadores do tipo seco é dividido em duas categorias: monitoramento preventivo tradicional e monitoramento on-line em tempo real, ambas se complementam para formar um sistema de monitoramento completo:

1. sistemas tradicionais de monitoramento preventivo

A inspeção manual periódica é o foco principal, adequado para cenários com baixas taxas de falhas e condições de trabalho simples, e a abordagem principal inclui:
  • Teste de resistência de isolamentoMedição da resistência de isolamento dos enrolamentos à terra e entre as fases por meio de uma mesa vibratória para determinar o grau de umidade ou envelhecimento do isolamento.
  • Teste de resistência CCDetectar o valor da resistência CC dos enrolamentos e solucionar problemas como juntas de enrolamento soltas e curtos-circuitos entre as voltas.
  • Detecção de descarga parcialUse detectores ultrassônicos ou testadores de descarga parcial portáteis para detectar sinais de descarga no local em intervalos regulares.
  • termometria infravermelhaEscaneamento da superfície de um transformador com uma câmera de infravermelho para identificar áreas de superaquecimento em enrolamentos, núcleos, juntas, etc.

2. sistema de monitoramento on-line em tempo real

Com base na tecnologia de sensores e na tecnologia de transmissão de dados, ele realiza um monitoramento ininterrupto de 24 horas, adequado para locais de carga importantes:
  • Módulo de monitoramento de temperaturaA temperatura do enrolamento, do núcleo e do ambiente é coletada em tempo real pelo sensor de temperatura de fibra óptica ou pelo sensor PT100, e um alarme automático é emitido quando a temperatura excede o limite.
  • Módulo de monitoramento on-line de descarga parcialO sinal de descarga é coletado por meio do sensor de acoplamento integrado, combinado com um algoritmo que analisa a intensidade e a localização da descarga para fornecer um aviso antecipado de falhas de isolamento.
  • Módulo de monitoramento de vibraçãoColeta de sinais de vibração da operação do transformador por meio de sensores de vibração para analisar as características de falhas, como núcleos de ferro soltos e enrolamentos deformados.
  • Plataforma de monitoramento integradaIntegração de vários tipos de dados de monitoramento para obter monitoramento remoto, armazenamento de dados, diagnóstico de falhas e análise de dados históricos, além de melhorar a eficiência da operação e da manutenção.

Em quarto lugar, quais são os problemas comuns de monitoramento de falhas de transformadores a seco?

  1. P: Quais são os sinais comuns de superaquecimento em enrolamentos de transformadores a seco?R: As principais manifestações são o aumento anormal da temperatura da superfície do equipamento, a operação contínua em alta velocidade do ventilador de resfriamento, o surgimento de um cheiro estranho (envelhecimento do isolamento), o fator de carga não excedeu o padrão, mas o aumento da temperatura excedeu o padrão.
  2. P: Quanto a umidade ambiente afeta o isolamento de transformadores do tipo seco?R: o impacto é significativo, a umidade relativa excede 85%, o material de isolamento do transformador não encapsulado é fácil de absorver umidade, resultando em queda da resistência do isolamento e até mesmo causando descarga parcial. Recomenda-se controlar a umidade do ambiente operacional em 40%-70%.
  3. P: Quais são as vantagens dos sistemas de monitoramento on-line em relação ao monitoramento manual tradicional?R: As vantagens incluem um forte monitoramento ininterrupto em tempo real, 24 horas por dia; a capacidade de capturar sinais de falhas transitórias (por exemplo, descarga parcial repentina); a redução do custo da inspeção manual; e a realização de avisos remotos para evitar a expansão da falha.
  4. P: As descargas parciais em transformadores a seco sempre significam falha no isolamento?R: Não necessariamente, pequenas descargas parciais podem ser causadas por fatores ambientais temporários (por exemplo, umidade excessiva), mas se a intensidade da descarga continuar a aumentar ou ocorrer com frequência, isso indica que o isolamento se deteriorou e precisa ser tratado em tempo hábil.
  5. P: O que pode acontecer quando o ventilador de um transformador seco com resfriamento forçado a ar falha?R: A falha do ventilador levará a uma queda repentina na eficiência do resfriamento; se o transformador estiver funcionando sob carga, a temperatura do enrolamento aumentará rapidamente, o que pode provocar o envelhecimento acelerado do isolamento em curto prazo e, em longo prazo, pode levar a um curto-circuito no enrolamento.
  6. P: Como determinar se há uma falha de aterramento multiponto no núcleo de um transformador a seco?R: pode ser medido pela resistência de isolamento do núcleo ao aterramento; se o valor da resistência for inferior a 1MΩ, a probabilidade de aterramento multiponto; ao mesmo tempo, combinado com o monitoramento de vibração, o aterramento multiponto levará a uma vibração anormal do núcleo, aumentando a perda.
  7. P: Qual é a principal causa da deformação do enrolamento em transformadores a seco?R: As principais causas incluem choques repentinos de curto-circuito, operação com sobrecarga de longo prazo, impacto durante o transporte ou a instalação e força de fixação insuficiente durante o enrolamento dos enrolamentos.
  8. P: Os sensores em um sistema de monitoramento on-line precisam de manutenção regular?R: Sim, recomenda-se verificar a fiação do sensor quanto a folga, o sensor de fibra óptica quanto a quebra e a precisão da calibração do sensor de temperatura a cada 6 a 12 meses para garantir dados de monitoramento precisos.
  9. P: Os transformadores do tipo seco podem ser operados em ambientes empoeirados?R: Não é recomendável funcionar por muito tempo, pois o acúmulo de poeira bloqueia o canal de dissipação de calor, resultando em baixa dissipação de calor, enquanto a poeira pode conter impurezas condutoras, que se fixam na superfície do isolamento e reduzem o desempenho do isolamento.
  10. P: Qual é a relação entre o teste preventivo e o monitoramento on-line?R: Os dois são complementares: o monitoramento on-line se concentra no aviso antecipado em tempo real; os testes preventivos (como teste de isolamento anual, teste de resistência CC) se concentram na investigação aprofundada de possíveis falhas; a combinação do uso do transformador pode ser abrangente para garantir a operação segura do transformador.