O que é o monitoramento on-line de descarga parcial do transformador? Princípio da descarga parcial e detalhes do método de detecção

• Definição de descargas parciais: A descarga parcial é um fenômeno de descarga que ocorre em áreas localizadas do sistema de isolamento de um transformador, mas que não atravessa todo o meio isolante. Trata-se de um sinal precoce de deterioração do isolamento que, se não for controlado, continuará a se agravar até causar a ruptura do isolamento.
• Método de monitoramento on-line: O sistema de monitoramento online de descargas parciais em transformadores, por meio de sensores instalados no próprio corpo do transformador, capta 24 horas por dia os sinais de ultrassom, correntes de alta frequência e ondas eletromagnéticas de frequência extremamente alta gerados pelas descargas parciais, permitindo um monitoramento em tempo real não invasivo
• Fusão de múltiplos sensores: Um único sensor só consegue captar sinais de descargas parciais em uma parte da faixa de frequência; os sistemas modernos de monitoramento de descargas parciais geralmente utilizam uma combinação de sensores triplos (ultrassom + corrente de alta frequência + ultra-alta frequência), cobrindo uma faixa de detecção mais ampla
• Diagnóstico por imagem: O sistema converte os sinais de descargas parciais em mapas PRPD (mapa de descargas parciais com resolução de fase) e PRPS (mapa de sequências de pulsos com resolução de fase) tridimensionais, identificando o tipo e a gravidade das descargas por meio das características desses mapas
• Instalação ininterrupta: Os sensores são instalados de forma não invasiva — o sensor ultrassônico é fixado na parede externa do tanque de óleo do transformador, enquanto o sensor de corrente de alta frequência é encaixado no fio de aterramento; todo o processo é realizado sem a necessidade de desligar a energia

1. Mecanismo de ocorrência das descargas parciais

O sistema de isolamento do transformador é composto por diversos materiais, como óleo isolante, papel isolante e papelão isolante. Durante o processo de fabricação, podem permanecer minúsculas bolhas de ar ou impurezas; além disso, durante o funcionamento, os materiais isolantes também envelhecem gradualmente, gerando defeitos. Quando a intensidade do campo elétrico nessas áreas com defeitos ultrapassa a intensidade de ruptura local, ocorre uma descarga parcial.

Embora a energia das descargas parciais seja muito menor do que a de uma ruptura total, cada descarga causa pequenos danos irreversíveis ao material isolante. Com o tempo, esses pequenos danos se acumulam e se expandem gradualmente, levando, por fim, à falha total do sistema de isolamento. Esse processo pode se estender por meses ou anos, o que proporciona uma janela de alerta prévio ampla para o monitoramento em tempo real.

2. Três métodos principais de detecção

3. Fluxo de trabalho do monitoramento de descargas parciais

3.1 Aquisição de sinais

O sensor recebe continuamente os sinais de descargas parciais gerados no interior do transformador. O sistema suporta a aquisição sincronizada em múltiplos canais (normalmente 4 ou 6 canais), e a placa de aquisição de alta velocidade digitaliza os sinais com alta taxa de amostragem, garantindo a captura da forma de onda completa dos pulsos de descargas parciais.

3.2 Separação e filtragem de sinais

No ambiente das subestações, há uma grande quantidade de interferências eletromagnéticas — sinais de celular, rádios, transientes gerados pela operação de chaves, entre outros — que podem provocar respostas nos sensores. O sistema separa os sinais reais de descargas parciais das interferências ambientais por meio de filtragem digital e algoritmos de reconhecimento de padrões, o que constitui um dos principais desafios técnicos do sistema de monitoramento online de descargas parciais.

3.3 Geração de mapas e diagnóstico

Os sinais de descargas parciais, após serem separados, são analisados estatisticamente em três dimensões: fase, amplitude e frequência de repetição, gerando um mapa tridimensional PRPD. Os diferentes tipos de descargas (descargas internas, descargas superficiais, descargas de coroa e descargas suspensas) apresentam distribuições características distintas no mapa PRPD, e o algoritmo de diagnóstico identifica o tipo de descarga com base nessas características.

3.4 Acompanhamento de tendências e alertas

O sistema monitora continuamente as variações nas tendências da amplitude, frequência e tipo das descargas elétricas; quando os indicadores ultrapassam os limites definidos ou se observa uma aceleração anormal na tendência, ele envia automaticamente notificações de alerta à equipe de manutenção e operação.

4. O valor do monitoramento de descargas parciais

As descargas parciais são o primeiro sinal detectável de falha no isolamento de um transformador. A análise cromatográfica de óleo detecta os produtos químicos resultantes da falha, o monitoramento de temperatura detecta os efeitos térmicos da falha, enquanto o monitoramento de descargas parciais detecta diretamente o próprio evento de descarga — que é o primeiro sinal a surgir na linha do tempo.

Para transformadores cujo principal risco é a falha de isolamento (como transformadores antigos ou aqueles frequentemente sujeitos a picos de sobretensão), o monitoramento de descargas parciais oferece o alerta precoce mais sensível. Quando a cromatografia de óleo detecta acetileno, a descarga já pode estar bastante grave, enquanto o monitoramento de descargas parciais consegue captar o sinal logo na fase inicial da descarga.

5. perguntas frequentes

5.1 Pergunta: O que é mais importante: o monitoramento de descargas parciais ou o monitoramento por cromatografia de óleo?

Resposta: Ambos abrangem diferentes aspectos das falhas e não são mutuamente substituíveis. A detecção de descargas parciais analisa diretamente os eventos de descarga, enquanto a cromatografia de óleo analisa os gases gerados pela falha. No caso de falhas de descarga causadas por defeitos no isolamento, a detecção de descargas parciais permite uma detecção mais precoce; já no caso de falhas por superaquecimento, a cromatografia de óleo é mais eficaz. A solução ideal é a utilização combinada de ambas as técnicas.

5.2 Pergunta: A taxa de falsos alarmes na monitorização de descargas parciais é elevada?

Resposta: Os primeiros sistemas de monitoramento de descargas parciais realmente apresentavam uma taxa elevada de alarmes falsos, principalmente devido à complexidade do ambiente eletromagnético no local e à presença de muitos sinais de interferência. Com o avanço das tecnologias de filtragem digital e reconhecimento de padrões, a capacidade de supressão de interferências dos sistemas modernos aumentou consideravelmente. A verificação cruzada entre vários sensores também contribui para reduzir a taxa de alarmes falsos.

5.3 Pergunta: É necessário utilizar os três métodos de detecção simultaneamente?

Resposta: Não necessariamente. A combinação dos dois sensores (ultrassom + corrente de alta frequência) já é suficiente para atender às necessidades da maioria dos cenários. O método de ultra-alta frequência oferece maior resistência a interferências, mas sua instalação é mais complexa, sendo normalmente utilizado em transformadores críticos ou em locais com ambientes eletromagnéticos particularmente complexos. A combinação de sensores pode ser escolhida de acordo com as necessidades reais do transformador e as condições do local.

5.4 Pergunta: É necessário desligar a energia do transformador para instalar os sensores de descargas parciais?

Resposta: Tanto os sensores ultrassônicos quanto os sensores de corrente de alta frequência podem ser instalados sem interromper o fornecimento de energia. Os sensores ultrassônicos são fixados diretamente na parede externa do tanque de óleo, enquanto os sensores de corrente de alta frequência são encaixados no fio de aterramento. Os sensores de ultra-alta frequência integrados precisam ser pré-instalados durante a fabricação do transformador ou instalados durante uma parada para manutenção.

5.5 Pergunta: Como interpretar o espectro de descargas parciais? Como determinar de que tipo de descarga se trata?

Resposta: No gráfico PRPD, o eixo horizontal representa a fase da frequência industrial, o eixo vertical representa a amplitude da descarga e as cores representam a frequência das descargas. As descargas internas geralmente ocorrem no primeiro e no terceiro quadrantes da fase, as descargas superficiais apresentam uma distribuição mais ampla, enquanto as descargas de coroa se concentram próximo ao pico de tensão. O software de diagnóstico identifica automaticamente o tipo de descarga, e a equipe de operação e manutenção também pode fazer uma avaliação empírica com base na forma do gráfico.

6. recomendações para seleção

6.1 Para transformadores principais de 220 kV ou mais, recomenda-se a configuração de um sistema triplo que combine ultrassom, corrente de alta frequência e ultra-alta frequência.

6.2 Soluções de sensor único ultrassônico estão disponíveis para transformadores de distribuição geral, que são mais baratos e mais fáceis de instalar.

6.3 Escolha um sistema com recursos de diagnóstico de fusão de vários sensores em vez de simplesmente exibir dados de vários sensores lado a lado.

Isenção de responsabilidade: o conteúdo deste artigo destina-se apenas a trocas técnicas e referências, e não constitui nenhuma forma de compromisso de aquisição ou oferta de contrato. Os parâmetros técnicos do produto, a configuração e o preço do contrato real e do acordo técnico prevalecerão. Os dados técnicos e os casos envolvidos neste artigo são provenientes de informações públicas e práticas de engenharia, se atualizados sem aviso prévio.

Precisa de uma solução de monitoramento da linha local do transformador? Entre em contato com a Inotera para obter sugestões de configuração personalizada e suporte técnico. Linha direta de atendimento: 13959168359 (Wechat com número).