Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei ......Monitoraggio dei trasformatori...

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Autore: Daniele Todesco

Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio

dei trasformatori

Trento, 26 Maggio 2017

AFFIDABILITA’ DI MACCHINE E DI IMPIANTI

ELETTRICI, CON PARTICOLARE

RIGUARDO ALLA MANUTENZIONE

PREDITTIVA E PROGRAMMATA


Sommario

Trasformatore - Aspetti generali e

conseguenze di un guasto

Guasto nei trasformatori – Failure mode &

cause

Guasto nei trasformatori – Failure location

Manutenzione e Risk Management

Condition Assessment

I livelli della diagnostica

Diagnostica: DGA – Analisi Gas Disciolti

Manutenzione predittiva

Monitoraggio dei trasformatori

Conclusioni


Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori

Trasformatore - Aspetti generali e conseguenze di un guasto

Durante l’esercizio sono sottoposti a sollecitazioni, combinate tra di loro, di tipo:

- dielettrico

- termico

- meccanico

- chimico

Vita media: 30-35 anni (UHV Italian transformers – CIGRE 2014)

Guasti improvvisi, perdite ed incidenti possono causare problematiche:

ambientali (emissioni, contaminazione suoli, falde acquifere, ecc.)

sicurezza delle persone

Hanno invece un impatto certo e spesso molto elevato dal punto di vista economico

(perdita del trasformatore e di produttività, costi di riparazione, ecc).

Il guasto di un trasformatore può essere catastrofico.

Se queste sollecitazioni sono contenute entro limiti normali,

si stima attualmente una vita utile di circa 40 anni

Per prevenire un guasto è utile prima sapere come, perché e dove avvengono i guasti in un trasformatore…

I trasformatori elettrici sono apparecchi strategici per la produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.



Guasto nei trasformatori – Failure mode & cause

Failure mode Failure cause

Considerazioni

- Le modalità di guasto variano in relazione al tipo di trasformatore

- Non esiste una modalità predominante anche se spesso il guasto si manifesta come cedimento dielettrico

- Le cause di guasto sono molteplici

- Importante è il ruolo che rivestono il design e la costruzione del trasformatore

- La principale causa di guasto esterna è il corto circuito

- Circa il 30% delle cause di guasto non sono rilevabili con le tecnologie attuali

Source: CIGRE WG A2.37



Guasto nei trasformatori – Failure location

Source: CIGRE Transformer Reliability Survey, December 2015

(based on 675 major failures for U≥ 100KV)

Failure Location Analysis

for Substation Transformers

27%

Tap Changer

Others

17% 37%

Lead Exits

19%7%

11%

58%

MV

Windings

LV

31%

HV

MV

6%

Bushings

LV

82%HV

12%



Manutenzione e Risk Management

Un’adeguata manutenzione consente di estendere la zona in cui il tasso di guasto è costante nel tempo.

- Manutenzione correttiva (a guasto avvenuto)

- Manutenzione preventiva (prima che avvenga il guasto): programmata ad

intervalli periodici prestabiliti o in base alla condizione

Strategia manutentiva valutazione del rischio

N: numero di eventi negativi in grado di causare un guasto

P: probabilità che un evento negativo causi un danno

L: gravità del danno in caso di guasto

R(t) varia in maniera continua come si può valutare?

N e L funzioni delle condizioni esterne (sito, rete, tipo di impianto, ecc)

P è funzione della capacità del trasformatore di resistere ad un evento negativo

Qual è lo «stato di salute» di un trasformatore?

Misurare Controllare Monitorare

Source: CIGRE WG 12-05. (1983). An international survey on failures

in large power transformers. ELECTRA, 88, 21-48.



Condition Assessment

Source: 1) GUIDE ON TRANSFORMER INTELLIGENT CONDITION MONITORING (TICM) SYSTEMS,

Working Group G A2.44, Cigré,September 2015

Mediante un opportuno Condition Assessment circa il 30% dei principali

guasti incipienti possono essere individuati in tempo1)



I livelli della diagnostica

Livello 1 – Analisi olio

• Aspetto e colore (IEC 60422:2013 - ASTM D 1500)

• Acqua disciolta (IEC 60814:1997)

• Tensione di Scarica - Rigidità Dielettrica (IEC 60156:1963)

• Fattore di Dissipazione Elettrica - Tangente delta (IEC 60247:2004)

• Numero di Neutralizzazione - Acidità (IEC 62021-1/2:2007)

• Gas disciolti (IEC 60567:2011)

• Composti furanici (IEC 61198:1993)

• Zolfo Potenzialmente Corrosivo – CCD test (IEC 62535:2008)

• DBDS – Dibenzildisolfuro (IEC 62697-1:2012)

• …

Livello 2 – Misure elettriche in bt

• Rapporti di trasformazione

• Resistenze di isolamento

• Resistenza ohmica avvolgimenti

• Capacità e tangente delta avvolgimenti e isolatori

• SFRA

• …

Livello 3 – Test alta tensione

I test ad alta tensione in loco sono in genere

obbligatori ed eseguiti a seguito di riparazioni

invasive (es. sostituzione avvolgimenti) in sito.

• Perdite a carico

• Perdite e correnti a vuoto

• Tensione applicata

• Misura delle tensione indotta

• Scariche parziali

• Test in DC

• Termica

• Test di lunga durata



Diagnostica: DGA – Analisi Gas Disciolti (1/2)

Idrogeno (H) Metano(CH4) Etano (C2H6) Etilene (C2H4)Acetilene

(C2H2)

La QUANTITA’ e il TIPO di gas di guasto disciolto nell’olio, il TREND e il RAPPORTO fra le concentrazioni dei gas permettono di

dedurre la natura del guasto in corso nel trasformatore.

Identificazione punti caldi

Scariche parziali

Degradazione anomala della cellulosa

Sovrariscaldamento localizzato di parti metalliche

Scariche ad alta energia

Perdite dalla camera del commutatore

Effetti catalitici delle vernici o di altri materiali del trasformatore

Olio minerale dielettrico

miscela di idrocarburi

(composti di Carbonio e Idrogeno)

L’analisi dei gas disciolti (DGA) è il mezzo diagnostico più efficace per valutare lo stato interno (parte attiva) dei

trasformatori in esercizio ed individuare le anomalie.

Rottura dei legami molecolari e formazione

di nuove sostanze gassose solubili in olio

in funzione dell’energia (temperatura) del fenomenoStress termici

Guasti elettrici

AcquaAnidride

Carbonica (CO2)

Ossido di Carbonio

(CO)Materiali isolati

solidi

I gas diagnostici indicati sono

sempre presenti, in misura

variabile, nell’olio minerale,

anche in condizioni normali di

esercizio!



Diagnostica: DGA – Analisi Gas Disciolti (2/2)

IEC 60599 “Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis”




Che cosa si intende per manutenzione predittiva?

Si basa sulla possibilità di riconoscere la presenza di una

anomalia in stato di avanzamento attraverso la scoperta e

l’interpretazione di segnali, anche deboli, premonitori del

guasto. La differenza sostanziale è che il controllo della

condizione avviene senza la necessità di interrompere il

normale funzionamento dell’apparecchiatura, indicando in

maniera continua lo stato e il degrado.

Le condizioni di un trasformatore possono cambiare rapidamente e diventare critiche in meno di 2 giorni.

La manutenzione preventiva, intesa come controlli programmati ad intervalli temporali prestabiliti, non è

efficace nell’individuazione di questi fenomeni.


Allerta

•Azione preventiva

•Azione migliorativa

Allarme

•Azione di emergenza

MONITORAGGIO



Monitoraggio dei trasformatori - Overview

Circa il 42 % dei principali guasti incipienti possono essere individuati in tempo mediante il

monitoraggio online dei trasformatori1)





Monitoraggio dei trasformatori – Parte Attiva



Monitoraggio dei trasformatori – Commutatore Sotto Carico



Monitoraggio dei trasformatori – Sistema di raffreddamento



Monitoraggio dei trasformatori – DGA

Single-Gas o Multi-Gas

• Misura del solo contenuto di idrogeno

• Misura di “idrogeno equivalente” inteso come composizione di più gas

in diverse percentuali (Idrogeno, Etilene, Acetilene, Monossido di Carbonio)

• Misura multi-gas al 100%

Di cosa abbiamo bisogno?

• Segnale di allerta precoce?

• Segnale di allerta precoce e diagnosi?



Monitoraggio dei trasformatori – Isolatori (1/2)

Gli isolatori rivestono un ruolo significativo nei guasti con conseguenze gravi poiché spesso

comportano un incendio.

Source: Cigre WG A2.37, Transformer Reliability Survey

Manutenzione programmata: misura Tan δ and C test ogni 5 anni (offline on-site testing)

Ricambi strategici: l’approvvigionamento e il corretto stoccaggio dei ricambi è critico

soprattutto per i componenti con lunghi tempi di consegna e in condizioni di emergenza

Tempi medi di consegna isolatori capacitivi: 4 – 6 mesi!!!



Monitoraggio dei trasformatori – Isolatori (2/2)

Online Monitoring - Vantaggi

Ottenere misure di tan δ e ∆C più

rappresentative perchè eseguite alla tensione di

esercizio

Dare un segnale di allerta in caso di

superamento dei valori di soglia

Creare uno storico dei dati ed il trend della

perdita delle proprietà dielettriche

Attuare una strategia manutentiva su

condizione invece che ad intervalli prestabiliti

Evitare fuori servizi improvvisi



Monitoraggio dei trasformatori – Fleet Ranking

Definire le priorità sulla base dello stato di salute del parco macchine

Su quali trasformatori?

Intervenire o no?

Quali attività?



Monitoraggio dei trasformatori – Esempi applicativi mercato Italia

Referenza TSO

Referenza DSO

In base alle esigenze, il Cliente decide cosa

monitorare in un trasformatore e quali ulteriori

Asset sono rilevanti (interruttori ,TV, Comparti

SF6, Media tensione, altro specifico)

Visione globale: stato di più stazioni / impianti



Conclusioni (1/2)



~28 % dei principali guasti in evoluzione in un trasformatore non possono essere rilevati in anticipo

mediante le tecnologie disponibili1) resta fondamentale definire una procedura di emergenza

La manutenzione predittiva, e quindi l’individuazione precoce di potenziali problematiche, può ridurre i

costi di riparazione del 75%.

Condition Assessments

& Online monitoring

≈ 72 % dei guasti principali possono essere

rilevati in anticipo

ridurre il rischio di guasti

catastrofici del 50%



Conclusioni (2/2)

• Individuare precocemente possibili guasti

• Attuare un’attività manutentiva su condizione: dove serve e quando serve

• Consentire un controllo approfondito e in tempo reale (es. migliore gestione dei periodi di sovraccarico)

• Connettere ogni trasformatore ad un’unica piattaforma di monitoraggio (visione globale)

• Tradurre dati e informazioni in diagnostica mediante modelli: convertire la conoscenza in linguaggio macchina

Definire le attività necessarie – Action plan


Siemens Transformers S.p.A.Via di Spini, No. 9 - 38121 Trento, Italy

Grazie per la vostra attenzione

Daniele Todesco

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