Defeito oculto na conexão de enrolamento descoberto em um transformador de elevação de tensão de gerador de 32 MVA após 23 anos de serviço
Após mais de duas décadas em serviço, um transformador elevador de gerador de 32 MVA em uma grande concessionária da América do Norte acionou seu relé Buchholz, indicando acúmulo de gás dentro do transformador.
Uma análise de gás dissolvido realizada duas semanas depois confirmou condições anormais dentro do óleo do transformador. Os níveis de hidrogênio aumentaram significativamente, aproximando-se de 1000 ppm, enquanto as concentrações de metano e monóxido de carbono também estavam aumentando. O padrão de gás indicou um mecanismo de falha que envolve a atividade de descarga elétrica e o superaquecimento localizado dentro do transformador.
Situações como essa apresentam um desafio familiar para os engenheiros responsáveis pela avaliação da condição do transformador. Os sistemas de monitoramento podem fornecer evidências claras de que algo anormal está se desenvolvendo dentro de um transformador, mas não necessariamente revelam a localização ou a gravidade do problema. Antes que a unidade possa retornar ao serviço com segurança, os engenheiros devem determinar se a falha está progredindo e identificar a parte do transformador envolvida.
Para entender a fonte da condição anormal, a concessionária realizou uma série de testes de diagnóstico elétrico para transformadores.
Teste de diagnóstico elétrico
Três testes elétricos foram realizados durante a investigação:
- teste de relação de espiras (TTR)
- teste de resistência do enrolamento (WR)
- Teste de impedância de curto-circuito (SCI)
Cada uma dessas medições avalia um aspecto diferente da condição do transformador. Quando interpretados conjuntamente, eles fornecem informações sobre a integridade elétrica dos enrolamentos, o estado das conexões internas e a estrutura mecânica do transformador.
Os testes foram realizados usando o sistema de teste do transformador TAU3, que permite que os engenheiros realizem várias medições de diagnóstico do transformador a partir de uma única plataforma e comparem os resultados durante a mesma investigação.
Os resultados do teste de relação de espiras estavam dentro dos limites aceitáveis em todas as três fases, confirmando que a relação elétrica entre os enrolamentos permanecia correta.
As medições de resistência do enrolamento revelaram uma condição diferente.
No lado de alta tensão, os valores de resistência foram bem equilibrados, mostrando apenas uma variação de 0,17% entre as fases. No lado de baixa tensão, no entanto, as medições mostraram um desequilíbrio de resistência de 5,39% entre os enrolamentos X1 e X2.
Embora a orientação do IEEE permita que as diferenças se aproximem de cinco por cento em determinadas circunstâncias, os engenheiros experientes normalmente esperam que as diferenças de resistência fase a fase permaneçam mais próximas de dois por cento quando as medições são feitas à mesma temperatura.
Os resultados indicaram que a condição anormal era provavelmente associada às conexões do enrolamento de baixa tensão.
O teste de impedância de curto-circuito apoiou essa conclusão. As medições de impedância também produziram resultados anormais, reforçando a indicação de que o transformador continha um defeito mecânico ou relacionado à conexão.
Nesta fase da investigação, os dados de monitorização e os resultados dos testes elétricos apontaram para um problema em desenvolvimento no interior do transformador, mas a confirmação exigiu inspeção interna.
Inspeção interna e análise da causa raiz
Para verificar a fonte das medições anormais, o óleo do transformador foi drenado e a parte ativa do transformador foi inspecionada.
A causa do problema tornou-se imediatamente aparente.
A junta crimpada que conectava o enrolamento X1 ao terminal isolado X1 nunca havia sido devidamente fixada durante a fabricação. A conexão do condutor podia ser separada manualmente e apresentava evidências claras de superaquecimento e degradação do óleo.
Essa conexão frouxa aumentou a resistência dentro do circuito do enrolamento. O aquecimento resultante produziu a assinatura gasosa detectada durante a análise de gases dissolvidos e criou o desequilíbrio de fase observado nas medições de resistência do enrolamento.
As seções danificadas do condutor foram removidas, e componentes de substituição foram providenciados. Como a parte afetada do enrolamento havia sido danificada pelo superaquecimento, foi necessário um trecho de condutor mais longo durante a reparação.
Interpretação dos resultados do diagnóstico
Esta investigação destaca a importância de interpretar dados de monitoramento e resultados de testes de transformadores elétricos juntos ao avaliar a condição do transformador.
A análise de gás dissolvido forneceu a primeira indicação de que condições anormais estavam se desenvolvendo dentro do transformador. Os testes elétricos, então, ajudaram a reduzir a provável fonte do problema, identificando um desequilíbrio significativo na resistência do enrolamento de baixa tensão.
Ao correlacionar os resultados de várias medições de diagnóstico, os engenheiros determinaram que a falha se deveu a um problema de conexão dentro do enrolamento do transformador em vez de uma falha de isolamento mais ampla.
Lições para investigação de falhas de transformadores
Várias lições práticas emergem desta investigação.
Sistemas de monitoramento, como relés Buchholz e análise de gás dissolvido, fornecem avisos antecipados e valiosos sobre o desenvolvimento de condições internas. No entanto, esses sistemas geralmente indicam que existe uma falha em vez de identificar sua localização precisa.
Testes elétricos, como medições de resistência de enrolamento, são uma das ferramentas de diagnóstico mais eficazes para identificar problemas de conexão ou defeitos mecânicos nos enrolamentos do transformador. Mesmo desequilíbrios de resistência relativamente pequenos podem indicar problemas em desenvolvimento que ainda não podem ser visíveis por meio de outros métodos de diagnóstico.
Por fim, a realização de vários testes complementares durante a mesma investigação permite que os engenheiros interpretem os resultados no contexto. Os modernos sistemas de teste de transformadores, como o TAU3, permitem medições eficientes de relação de curva, resistência ao enrolamento e impedância e comparação direta dos resultados ao investigar o comportamento anormal do transformador.
Nesse caso, a combinação de dados de monitoramento, testes elétricos e inspeção interna revelou um defeito de fabricação que permaneceu oculto dentro do transformador por mais de duas décadas.
Continue a investigação
Este artigo descreve como os dados de monitoramento e os testes elétricos ajudaram engenheiros a identificar um defeito oculto na conexão do enrolamento em um transformador elevador de gerador.
Para uma análise mais aprofundada da investigação, incluindo os resultados completos do teste, imagens de inspeção e detalhes de reparo, faça o download do estudo de caso completo. Você também pode explorar o sistema de teste do transformador Megger TAU3 usado durante a investigação para saber como ele suporta testes eficientes de diagnóstico do transformador no campo.
