Mejores prácticas para pruebas de descarga parcial de equipos de alta tensión: métodos, precauciones y estudios de casos

1. Antecedentes de la industria: Descarga parcial - La "señal de alerta temprana" de falla del aislamiento de alta tensión

La descarga parcial (PD) es uno de los primeros signos de envejecimiento y falla en los sistemas de aislamiento de los equipos de energía eléctrica. Por lo general, ocurre en equipos de alto-voltaje, como transformadores, aparamenta-con aislamiento de gas (GIS), cables y gabinetes de aparamenta de alto-voltaje. La percepción y el diagnóstico de PD cubren prácticamente todas las-etapas de prueba de equipos de alto voltaje - desde las pruebas de fábrica y la puesta en servicio en el sitio-hasta el diagnóstico de cortes y la inspección energizada -, lo que la convierte en una herramienta fundamental para el control de calidad de los equipos.

¿Por qué es tan peligrosa la descarga parcial?

La PD es fundamentalmente "una descarga eléctrica que sólo une parcialmente el aislamiento entre los conductores". No se trata de una rotura completa entre conductores, sino más bien de una rotura localizada dentro de una región microscópica de aislamiento. Cada descarga erosiona una pequeña capa aislante. Después de meses, años o incluso décadas de acumulación, eventualmente conduce a una falla total del aislamiento. Según el IEEE Gold Book (IEEE Std 493), los equipos que sufren las mayores pérdidas debido a fallas relacionadas con el aislamiento-soncables, aparamenta y transformadores.

Tres mecanismos principales de formación de descargas parciales.:

Debido a su naturaleza destructiva y desarrollo oculto,prueba de descarga parcialse ha convertido en unherramienta de diagnóstico centralpara la evaluación del aislamiento de alto-voltaje.

2. Análisis técnico: principios básicos y estándares de las pruebas de PD

2.1 IEC 60270: El punto de referencia internacional para la medición de DP

CEI 60270es el estándar internacional fundamental para la medición de descargas parciales. El 6 de mayo de 2025, IEC publicó la Edición 4.0CEI 60270:2025, que reemplaza todas las ediciones anteriores. El estándar se aplica a la medición basada en carga-de descargas parciales que ocurren en aparatos, componentes o sistemas eléctricos cuando se prueban con voltajes alternos (hasta 500 Hz) o con voltaje directo.

La unidad de medida principal de IEC 60270 es lapicoculombio (pC)- el cargo aparente. La norma definedetección de banda anchaen el rango de frecuencia de30kHz a 1MHz.

2.2 Principales métodos de prueba de PD

Según el tipo de señal, las pruebas de DP se pueden clasificar en los siguientes métodos principales:

En el mantenimiento de rutina,sensores ultrasónicos externosysensores UHF integrados-son los más utilizados. Sin embargo, ambas tecnologías tienen limitaciones en aplicaciones de campo - la primera sufre interferencias de ruido ambiental y atenuación acústica a través de recintos, mientras que la segunda es susceptible a falsas alarmas provenientes de fuentes de ruido pulsado.

2.3 Integración de pruebas de resonancia en serie y PD

la combinación deSistema de prueba resonante de CAcon detección de descargas parciales es una dirección técnica importante en el diagnóstico de aislamiento de alta tensión. En resonancia, la reactancia inductiva del reactor y la reactancia capacitiva del objeto de prueba se cancelan entre sí, lo que permite aplicar alto voltaje al objeto de prueba con una potencia de entrada mínima. Este eficiente aumento de voltaje permiteSistema de prueba de resonancia en seriepara monitorear simultáneamente la actividad de descarga parcial mientras se aplican voltajes nominales o incluso más altos.

Tecnología de detección de dos-sensoreses un avance clave para resolver los desafíos de detección de PD bajo resonancia en serie. Esta técnica utiliza unTransformador de corriente de alta frecuencia (HFCT)para detectar señales de pulso (incluidas señales de interferencia y PD) que fluyen a través de la línea de tierra del cable como señal principal, mientras se utiliza simultáneamente unsensor de frecuencia ultraelevadapara detectar señales de interferencia de pulso generadas por la fuente de alimentación de frecuencia variable como señal de referencia. Mediante un algoritmo de discriminación de intersecciones, las señales PD se separan e identifican de la señal HFCT. Este método permite la separación e identificación de señales de PD bajo una fuerte interferencia de la fuente resonante de frecuencia variable, lo que permite realizar pruebas simultáneas de voltaje soportado y PD.

3. Límites de la prueba de PD y criterios de juicio

3.1 Valores típicos de referencia del límite de PD

Los diferentes tipos de equipos y niveles de voltaje tienen requisitos de límite de PD significativamente diferentes. Los siguientes son valores de referencia típicos basados ​​en las normas IEC y GB:

Estándares nacionales chinos (GB/T): GB/T 7354 "Medidas de descarga parcial" especifica métodos de prueba; GB 50150 "Estándar para pruebas de entrega de equipos eléctricos" especifica una capacidad de descarga inferior o igual a 100 pC para transformadores de 110 kV y superiores.

3.2 Precauciones clave para las pruebas de campo

Seguridad ante todo: Los sitios de prueba de DP involucran voltajes de hasta decenas de miles de voltios. El personal de pruebas debe seguir estrictamente todas las precauciones de seguridad. El área de prueba debe tener señales de advertencia claras. El personal de medición directa debe comprender todos los componentes activos del circuito de medición; El personal no-participante debe estar aislado fuera del área de prueba.

Control de ruido de fondo: Durante la medición, el ruido ambiental debe mantenerse por debajo del 50% del valor permitido. Por ejemplo, si el límite estándar es 10 pC, el ruido de fondo debería ser inferior a 5 pC.

Manejo de cables de conexión: Los cables de conexión deben evitar las puntas afiladas expuestas para evitar la descarga de corona. Para pruebas de DP de mayor voltaje, los cables de conexión de alto-voltaje deben engrosarse y se deben instalar escudos anti-corona cuando sea necesario. Las cubiertas protectoras no deben hacer contacto con las faldas de porcelana del objeto de prueba.

Análisis de tendencias: Si la descarga parcial del equipo en funcionamiento continúa aumentando, incluso si no excede el estándar, se debe emitir una advertencia. Un activo que mide 50 pC en enero y luego 600 pC en julio representa una decisión de riesgo fundamentalmente diferente que uno que se mantiene estable en 50 pC.

4. Escenarios de aplicación: casos típicos de pruebas de PD industrial

4.1 Pruebas de PD del transformador de potencia

Fondo: La medición de DP tiene como objetivo detectar posibles defectos de aislamiento en transformadores y es un elemento importante en las pruebas de puesta en marcha de rutina y en el sitio.

Caso 1 - 500Transformador de kV-Puesta en marcha en el sitio: Un transformador de 500 kV presentó una descarga parcial anormal durante la puesta en marcha-en el sitio. Los técnicos realizaron pruebas de aplicación de voltaje bilateral, de cabecera y de cola en los devanados de alto y bajo voltaje, midiendo las relaciones de transferencia de PD para localizar y resolver el defecto.

Caso 2 - PD de transformador de potencia grande que excede los límites: Un transformador de potencia grande mostró PD excesiva durante la prueba de voltaje inducido. A través de interferencias externas, diagnósticos eléctricos internos, localización de señales PD, combinados con escaneo de rayos X-y espectroscopia infrarroja, se identificó y resolvió la ubicación del defecto de aislamiento.

Caso 3 - Acústico-Localización combinada eléctrica: Después de que un transformador de 500 kV mostró un análisis anormal de gas disuelto, se usaron juntos sensores de corriente UHF a través-del núcleo y sensores UHF externos, lo que reveló señales de PD intermitentes dentro del transformador. Luego, los sensores ultrasónicos detectaron señales de vibración de pulso impulsivo en la pared del tanque del transformador en el área anormal, y el método combinado acústico-eléctrico localizó con precisión la fuente de descarga.

Mejores prácticas: Se recomienda utilizar pruebas de PD del transformadordetección combinada acústica-eléctrica- adquisición simultánea de señales ultrasónicas y UHF para un juicio preciso y una localización rápida de las fuentes de descarga.

4.2 Pruebas de PD GIS

Fondo: Los equipos GIS tienen una estructura compacta y márgenes de aislamiento relativamente pequeños, lo que hace que las pruebas de DP sean fundamentales para un funcionamiento seguro.

Caso 1 - 220kV Descarga flotante del aislador GIS: Después de la energización inicial, una subestación de 220 kV encontró múltiples señales de DP anormales en el equipo GIS. Utilizando el análisis de diagnóstico UHF y PD ultrasónico, combinado con las características estructurales de los aisladores de disco, elMétodo de localización de diferencia horaria-UHFymétodo de localización combinado acústico-eléctricoidentificó con precisión un defecto de descarga flotante en el anillo de clasificación de un aislador GIS de 220 kV, evitando un mayor desarrollo de defectos y cortes innecesarios.

Caso 2 - Localización de desglose de imágenes acústicas distribuidas: Después de la reparación del equipo GIS en una estación convertidora, se requirieron pruebas de voltaje soportado de CA y PD. El Instituto Chongqing implementó de manera innovadora unSistema distribuido de localización de averías por imágenes acústicas GIS.Para el monitoreo, se construyó un sistema de localización acústica inteligente que logró una calibración automática visualizada de fallas de avería en entornos complejos, con velocidades de imágenes dinámicas que alcanzaron niveles de milisegundos.

Caso 3 - Descarga libre de partículas metálicas: Se encontró un defecto de descarga de partículas metálicas libres en el compartimiento del interruptor de puesta a tierra de un HGIS. Se aplicaron métodos combinados de detección de DP, con características de defectos identificadas mediante métodos UHF y ultrasónicos. El análisis del producto de descomposición del SF6 ayudó a determinar la fuente de las partículas y se realizó una localización ultrasónica precisa basándose en el método del plano de bisección.

Mejores prácticas: Las pruebas GIS PD deben priorizar lamétodo combinado UHF y ultrasónico- los dos enfoques se complementan entre sí, mejorando significativamente las tasas de detección de defectos y la precisión de la localización.

4.3 Pruebas de PD del cable HV

Fondo: La descarga parcial es una causa clave de fallas en los cables de alta tensión. La detección y localización eficiente de DP son fundamentales para el mantenimiento de cables.

Caso 1 - 110kV Detección de PD de terminación de cable: La terminación del cable del transformador principal de una subestación de 110 kV tenía un defecto de PD. A través de-pruebas in situ y análisis teóricos, combinados con patrones resueltos en fase UHF-y resultados de señales ultrasónicas, se determinó preliminarmente que fue causado por defectos de vacío/contaminación, lo que posteriormente se verificó mediante inspección de desmontaje.

Caso 2 - 110kV Terminación de cable exterior: Se aplicó la detección de DP de alta-frecuencia, con un análisis de datos detallado que demuestra la discriminación de señales y los métodos de localización para terminaciones exteriores.

Caso 3 - Detección síncrona bajo resonancia en serie: Para lograr la detección simultánea de DP duranteSistema de prueba resonante de CAresistir las pruebas, eldos-tecnología de detección de sensoresse implementó - HFCT detecta señales en líneas de tierra de cable como señal principal, UHF detecta interferencias en el suministro de energía de frecuencia variable como referencia, con señales PD separadas mediante discriminación de intersecciones.

Mejores prácticas: Para la puesta en servicio del cable, elcombinación de resistencia de CA de frecuencia cercana a la-potencia-y pruebas de DPha demostrado ser el método de aceptación en el sitio más eficaz-. Se recomienda el monitoreo continuo de DP distribuido durante toda la prueba de resistencia (especialmente para 138 kV y menos).

5. Tendencias de la industria y direcciones futuras

5.1 De las pruebas periódicas al monitoreo en línea

Las pruebas de PD tradicionales se basan principalmente en pruebas fuera de línea durante las interrupciones. Con avances en tecnología de sensores e IoT,monitoreo de DP en línease está convirtiendo en algo común. State Grid Shanghai Electric Power ha desarrollado tecnologías de detección combinadas-incluidas, miniaturizadas y multi-parámetros integrados, incluida una válvula de aceite-integrada-dispositivos de detección inteligentes ultrasónicos y UHF integrados. También se han implementado sistemas de monitoreo inteligente de PD de alta-escenario completo GIS en subestaciones reales.

5.2 Diagnóstico combinado de múltiples-parámetros

Las mediciones de un solo-parámetro son susceptibles a interferencias ambientales, lo que dificulta el monitoreo de alta-precisión-en tiempo real. la integracion deDetección combinada acústica, óptica, eléctrica y magnética.con análisis de gases disueltos se está convirtiendo en la dirección principal para el diagnóstico de EP.

5.3 Diagnóstico inteligente impulsado por IA-

Los sistemas modernos de pruebas de DP se están integrandoprocesamiento de señales digitales y análisis impulsados-por IApara distinguir entre ruido inofensivo y patrones de descarga críticos. Estas innovaciones mejoran la precisión del diagnóstico y respaldan las decisiones de mantenimiento basadas en datos-.

5.4 Integración profunda de pruebas de resonancia en serie y PD

la integracion deSistema de prueba resonante de CAcon detección de PD está evolucionando de una "función opcional" a una "función estándar". Los sistemas de prueba resonantes en serie sin-descarga no solo mejoran la sensibilidad de detección y reducen el ruido de fondo, sino que también permiten el análisis cuantitativo de las señales de DP, lo que proporciona una base más precisa para el diagnóstico del estado del equipo.

6. Conclusión

La prueba de descarga parcial esuno de los medios más eficacesde diagnóstico de aislamiento de equipos de alta tensión, reconocido como el"estándar oro"para equipos "chequeos de salud". Desde el lanzamiento de IEC 60270:2025 hasta la profunda integración deSistema de prueba resonante de CAcon detección de EP; desde transformadores y GIS hasta cables de alta tensión - La tecnología de prueba de PD está experimentando una actualización integral desdefuera de línea a en línea, dede un solo-parámetro a varios-parámetros combinados, y dedesde el juicio manual hasta el diagnóstico inteligente basado en-IA.

Para operadores de sistemas eléctricos, fabricantes de transformadores y contratistas de ingeniería eléctrica, dominar elMétodos estándar, precauciones de campo y casos de aplicación típicos.de las pruebas de DP es esencial para garantizar la seguridad de los equipos de alta tensión y prevenir fallas catastróficas.

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