L'operatore della sottostazione osserva che la tendenza DGA dell'unità da 15 MVA è passata da ”normale” a ”livello di cautela” nel rapporto trimestrale. L'idrogeno è aumentato da 45 a 130 ppm, mentre è stato rilevato anche etilene. Nessuno degli allarmi è stato attivato e non si è verificato alcun intervento. Tuttavia, il sistema di avviso ha funzionato efficacemente.
Questo articolo parla di come la manutenzione regolare dei trasformatori possa essere completata con un chiaro sistema di avviso di guasto. Tali sistemi hanno vari livelli di rilevamento, impostazioni di allarme e costi associati. Imparerai i valori esatti degli allarmi, delle risposte e dei costi del sistema.
Un meccanismo di indicazione di guasto del trasformatore incorpora quattro livelli di rilevamento: ispezione visiva/operazioni eseguite quotidianamente, una varietà di test dell'olio a intervalli prestabiliti, tendenze di temperatura e carico, e monitoraggio in tempo reale di unità importanti. I livelli di allerta sono secondo i rapporti IEEE C57.104 e IEC 60599.
Cos'è un Meccanismo di Avviso di Guasto e Perché È Importante
Il sistema di rilevamento dei difetti è composto da sensori, test, limiti e procedure che indicano che un trasformatore sta fallendo mentre è ancora possibile intervenire. Il motivo per cui questo sistema funziona è che la maggior parte dei guasti si sviluppa gradualmente: l'isolamento si consuma nel corso degli anni, l'umidità si accumula nel corso dei mesi, l'olio deteriora gradualmente e la concentrazione di gas aumenta prima che si verifichi il guasto. Il compito principale del sistema di avviso è portare queste modifiche silenziose all'attenzione degli utenti. L'importanza del sistema sopra menzionato risiede nel fatto che la sostituzione di un trasformatore costa $250.000–$1,5 milioni nel caso di trasformatori di media potenza, più perdite di interruzione di $50.000–$2 milioni per evento, mentre il costo del sistema rappresenta solo centinaia o addirittura migliaia di dollari all'anno per unità. Pertanto, anche un solo guasto evitato giustifica l'investimento nel sistema di avviso. Di conseguenza, le aziende energetiche che utilizzano con successo il sistema nella pratica riescono a trasformare la maggior parte delle interruzioni forzate in pianificate.
Livello 1: Manutenzione Giornaliera come Primo Strato di Avviso
Il più basso investimento e il livello preventivo più efficace è eseguito quotidianamente dal personale operativo. Infatti, può identificare determinati parametri fisici che non possono essere misurati da alcun sensore. Le seguenti attività sono incluse nella lista di controllo quotidiana per i trasformatori immersi nell'olio:
- Livello dell'olio rispetto alla temperatura. Il livello dell'olio nel conservatore deve corrispondere alla temperatura sul sensore di temperatura dell'olio. Se non c'è corrispondenza, l'olio sta perdendo o il respiratore è stato danneggiato.
- Rumore. Un rumore costante di ronzio è normale; se c'è qualcosa di nuovo in sottofondo, significa allerta. Il rumore può cambiare a causa di bullonatura del nucleo allentata o parti dell'attrezzatura, o a causa di scariche.
- Temperatura. La temperatura dell'olio superiore dovrebbe essere registrata in confronto con il consumo di energia elettrica. Se la temperatura dell'olio superiore aumenta mentre il consumo di energia è costante, significa che potrebbero verificarsi perdite di raffreddamento o interne.
- Isolatori. Controllare se ci sono crepe, tracciamenti o perdite d'olio presenti. Inoltre, verificare se la connessione del terminale è sovraccarica.
- Disidratatore. Se il gel è diventato rosa, significa che è stato saturo di umidità.
- Finestre del relè Buchholz. Qualsiasi accumulo di gas in questa finestra è un avviso.
- Perdite e macchie di olio sul terreno. Nuove macchie di olio sul terreno indicano guasti in termini di flusso di perdita nell'olio.
Ogni osservazione è registrata. Un registro o un'entrata nel CMMS non comporta spese, ma stabilisce un record delle tendenze che rende possibili livelli di avviso più elevati.
Livello 2: Test Periodici di Olio ed Elettrici
Valutazioni regolari rivelano ciò che l'occhio non è in grado di percepire. Di seguito sono riportate le valutazioni cruciali e i loro livelli di avviso:
| Test | Frequenza | Normale | Avviso | Livello di Azione |
|---|---|---|---|---|
| DGA (analisi dei gas disciolti) | Annuale; ogni 6 mesi per unità critiche | TDCG < 720 ppm | 720–1.920 ppm o tasso in aumento | > 1.920 ppm: indagare; > 4.630: rimuovere dal servizio |
| Tensione di rottura dell'olio | Annuale | > 40–60 kV | 30–40 kV | < 30 kV: filtrare o sostituire l'olio |
| Umidità dell'olio | Annuale | < 15–20 ppm | 20–30 ppm | > 30–40 ppm: asciugare e trovare ingressi |
| Resistenza di isolamento (megger) | Annuale / trimestrale | > 1.000 MΩ (HV) | Tendenza in calo tra i test | < 100–500 MΩ: asciugare e ripetere il test |
| Analisi di furan (invecchiamento della carta) | Ogni 1–3 anni | Bassi livelli di furan | Tendenza in aumento | Alta: carta fragile, pianificare lavori di fine vita |
| Acidità / IFT | Annuale | Bassa acidità, alta IFT | Acidità in aumento | Alta: necessaria ricondizionamento dell'olio |
La tecnica di controllo utilizzata è quella del confronto con un campione più vecchio piuttosto che con il valore assoluto solo. Un campione che è aumentato da 40 a 120 ppm di idrogeno nei test annuali attiverà un allarme anche se il suo valore non ha superato il limite.
Livello 3: Analisi delle Tendenze e Valutazione delle Condizioni
Campioni individuali possono dare una falsa impressione di qualcosa mentre le tendenze non possono. Il Livello 3 è responsabile di rendere sistematica l'analisi delle tendenze.
- Tassi di generazione di gas: il tasso di generazione di gas o il tasso di aumento del gas (in ppm al mese) serve come primo avviso poiché è solitamente il più sensibile. IEEE C57.104 consiglia di misurare continuamente non solo il TDCG ma anche vari tassi di generazione di gas nel frattempo.
- Storia del carico: analizzare i dati di temperatura e carico per scoprire quegli asset che operano vicino alla loro temperatura di progetto e invecchiano più rapidamente di altri.
- Punteggio di condizione capitalizzato: prendere in considerazione la condizione DGA, la qualità dell'olio, i dati dei test elettrici, l'età e la storia del carico e integrarli in un punteggio di condizione che classificherà la tua flotta e ti aiuterà a decidere sul prossimo test o ispezione.
- Stagionalità: se un asset avverte solo in estate, potrebbe avere problemi di riserve di raffreddamento e non difetti di isolamento.
Essendo alimentate da software di gestione degli asset, le informazioni sopra possono essere elaborate automaticamente da un computer che consuma i risultati dei test, calcola i tassi, evidenzia i problemi e invia notifiche all'ingegnere responsabile. Anche un semplice foglio Excel realizzato da un tecnico sarà in grado di dimostrare l'80 percento del valore.
Livello 4: Monitoraggio Online per Unità Critiche
Fornendo avvisi costanti nei sistemi più vitali dove qualsiasi guasto sarebbe altamente intollerabile o costoso, il sistema di monitoraggio online gioca un ruolo chiave nella loro manutenzione. Questo è ciò che i sensori su tali sistemi di solito monitorano:
| Monitoraggio Online | Avviso che Fornisce | Costo Tipico (Installato) | Tempo di attesa prima del guasto |
|---|---|---|---|
| Monitor DGA online | Tendenza continua del gas, rilevamento precoce del gas di guasto | $8.000–$60.000 | Settimane a mesi |
| Monitor di scarica parziale | Attività PD in pC, difetti di isolamento | $5.000–$30.000 | Mesi |
| Monitoraggio della temperatura / carico | Sovraccarico e degrado del raffreddamento | $2.000–$8.000 | Settimane |
| Monitor Buchholz + accumulo di gas | Accumulo di gas di guasto interno | $500–$3.000 | Ore a giorni |
| Monitor OLTC | Usura meccanica, problemi di azionamento | $3.000–$15.000 | Settimane a mesi |
Un sistema di monitoraggio online per un sistema estremamente importante costerebbe circa $25.000 – $120.000 oltre a circa $1.000 – $8.000 all'anno per le spese di piattaforma e manutenzione.
Impostazione delle soglie di allerta che funzionano
Le soglie per gli allarmi dovrebbero fornire un compromesso adeguato tra due tipi di errori: soglie strette portano al processo di allerta allagato che non viene preso sul serio, e soglie ampie non riescono a rilevare i difetti crescenti. Gli standard IEEE contengono punti di riferimento preziosi riguardo ai livelli menzionati:
| Condizione | Intervallo TDCG (ppm) | Gas indicativi tipici | Azione raccomandata |
|---|---|---|---|
| Normale | < 720 | Nessuno in aumento | Continuare il campionamento programmato |
| Attenzione | 720–1,920 | H2, CH4 in aumento | Campionare più spesso, indagare |
| Alto | 1,920–4,630 | Etilene, CO in aumento | Pianificare un'indagine dettagliata |
| Grave | > 4.630 | Acetilene presente | Considerare la rimozione dal servizio |
Ecco alcune idee pratiche su come impostare le soglie:
- Utilizzare soglie standard. L'IEEE C57.104 fornisce le categorie elencate. Gli standard IEC60599 descrivono le categorie classiche.
- Fornire allarmi per il tasso di aumento. Quelli che generano gas e dovrebbero essere monitorati anche se tutte le soglie sono ancora entro i limiti. Alcune aziende avviano allarmi al rilevamento di almeno il doppio del tasso di aumento della concentrazione di gas di guasto.
- Implementare risposte a livelli. Livello di allerta 1: è necessaria un'indagine. Livello di allerta 2: è necessario intervenire entro settimane e la frequenza di campionamento dovrebbe essere aumentata. Livello di allerta 3: rimuovere l'attrezzatura dal circuito operativo o intervenire immediatamente.
- Assicurati che i tuoi allarmi siano adattati alla storia unica della flotta.
Il Protocollo di Risposta agli Allarmi
Ogni allerta deve avere una reazione registrata altrimenti potrebbe rimanere solo un suono senza un reale significato. Crea un manuale delle procedure:
- Registrare e riconoscere l'allerta nel CMMS con una persona responsabile per l'allerta.
- Analizzare le informazioni: se è basata su livelli, basata su tassi, o segnale del sensore online, confrontarla con i dati passati e il carico dell'attrezzatura.
- Prelevare campioni e confermarlo con test DGA e di qualità dell'olio, se si tratta di un allerta DGA online; prelevare un campione per confermare la lettura.
- Classificarlo secondo IEEE C57.104 / IEC 60599 e trovare il tipo di riparazione probabile.
- Spostarlo al livello appropriato: aumentare le frequenze di campionamento, organizzare ispezioni, o togliere l'attrezzatura dal servizio.
- Controllare di nuovo: confrontare la reazione con l'allerta originale.
Il manuale assicura che nessun allerta venga ignorata poiché ogni problema trovato migliora la sicurezza del sistema.
| Livello di Allerta | Attivazione | Proprietario | Tempo di Risposta Target |
|---|---|---|---|
| Giallo | Fascia di attenzione, tasso di gas lento | Ingegnere di manutenzione | 1–2 settimane |
| Arancione | Banda alta o tasso crescente | Manager delle risorse | Entro pochi giorni |
| Rosso | Banda severa o evento di Buchholz | Manager delle operazioni | Immediato |
Trasformare i dati di manutenzione in avvisi precoci
L'efficacia del sistema di avviso dipende dalla pulizia dei dati. Ecco alcune buone pratiche che possono migliorare l'efficacia del sistema di avviso:
- Documentare le condizioni di test per ogni campione prelevato: il carico, la temperatura dell'olio e la temperatura circostante, poiché la concentrazione di gas e i livelli di umidità sono diversi con le temperature.
- Utilizzare un laboratorio identico per eliminare l'incoerenza inter-laboratorio nei dati annuali.
- Avere un repository centrale per la storia delle macchine, inclusi i test di commissioning, i dati ottenuti da DGA, riparazioni, sovraccarichi, ecc.
- Integrare i dati nel programma di pianificazione della manutenzione in modo che gli avvisi causino la creazione di ordini di lavoro invece di un'email inviata a qualcuno che potrebbe prendersi un giorno di ferie.
Di conseguenza, avere dati coerenti rende ogni test DGA annuale molto più di una formalità burocratica.
Costo dei livelli di avviso
Il costo dell'infrastruttura di avviso è basso rispetto alla perdita che ferma.1 I costi sono stimati intorno a $50.000 all'anno per ogni flotta di 100 unità di distribuzione.
| Livello | Costo annuale tipico | Cosa Previene |
|---|---|---|
| Giri giornalieri degli operatori (10 min/giorno) | $300–$1.500 | Perdite, guasti di raffreddamento, danni visibili |
| Pacchetto annuale DGA + qualità dell'olio | $350–$900 per unità | Guasti di isolamento, umidità, contaminazione |
| Test elettrici annuali (IR, rapporto, ecc.) | $300–$1.500 | Degradazione degli avvolgimenti e dell'isolamento |
| Suite di monitoraggio online (unità critiche) | $25.000–$120.000 (capex) + $1.000–$8.000/anno | Escalation continua di gas di guasto e PD |
| Sostituzione evitata (20–60 MVA) | — (risparmia $250K–$1.5M) | Guasto catastrofico |
L'intera storia è il divario nei numeri: il costo di un'infrastruttura di avviso completa per una flotta di 100 unità di distribuzione è pari a circa $50.000–150.000 all'anno. A sua volta, il costo potenziale di sostituzione di un trasformatore di media potenza bruciato ammonta a $250.000–1,5 milioni.
Errori comuni nei sistemi di avviso
- Affaticamento dell'allerta: Gli operatori non prestano attenzione agli allarmi grazie a livelli di allerta impostati male. Utilizzare sempre livelli a più livelli per gli allarmi e controllare le statistiche degli allarmi una volta ogni trimestre.
- Ignorare la deriva della linea di base: Non regolare le letture DGA dell'anno corrente rispetto a quelle dell'anno scorso in relazione al carico e alla temperatura porta a schemi falsi.
- Mancanza di impegno: qualsiasi allerta diventa non un'allerta se non menziona chi deve rispondere ad essa.
- Mettere l'accento sui sensori dimenticando le basi: Nessun monitor online può superare buone connessioni, bushing puliti e impostazione corretta della protezione.
- Ritardare l'azione: La causa più frequente di guasti evitabili ai trasformatori non è la mancata ricezione dell'allerta, ma piuttosto il ritardo nell'esecuzione delle azioni correttive dopo che è stata vista.
Domande frequenti
Quali sono i principali segnali di avviso di un guasto incipiente del trasformatore?
I segnali più evidenti sono livelli elevati di gas durante il DGA (idrogeno, etilene, acetilene), un aumento delle letture di temperatura a carico costante, livelli di tensione di rottura dell'olio più bassi e contenuti di umidità dell'olio più elevati, oltre a qualsiasi nuovo suono o evidenza visiva ottenuta durante le ispezioni quotidiane. Secondo gli standard IEEE C57.104, un TDCG superiore a 720 ppm o livelli di gas che sono raddoppiati da una lettura di campione a un'altra devono essere trattati con cautela.
Con quale frequenza dovrebbe essere testato un trasformatore per fornire un avviso precoce?
Un trasformatore funzionante correttamente dovrebbe essere sottoposto a DGA ogni 1-3 anni; d'altra parte, i trasformatori di potenza necessitano di test annuali. In caso di qualsiasi tipo di avviso, sovraccarico o attivazione del Buchholz, è meglio effettuare immediatamente un test e poi continuarlo nei successivi 3-6 mesi per raccogliere tutte le informazioni pertinenti. I dispositivi di monitoraggio online possono costarci da $25.000 a $120.000 ma, dato che forniscono monitoraggio continuo, sembrano valere i soldi spesi.
Qual è la differenza tra un avviso e un allarme nel monitoraggio dei trasformatori?
Un avviso indica che qualcosa non va, e quindi è necessaria un'indagine a intervalli prestabiliti (ad esempio, DGA che mostra livelli di 720-1920 ppm TDCG). Un allarme, d'altra parte, indica un livello critico raggiunto, come 1.920 ppm TDCG, attivazione del Buchholz o aumento della temperatura dell'olio nella fascia 90–95°C, e deve essere intrapresa un'azione immediata. Gli avvisi sono gestiti dal personale di manutenzione, mentre gli allarmi devono essere gestiti dal dipartimento operativo.
Quanto costa un programma di manutenzione e avviso per trasformatori?
Per un trasformatore di medie dimensioni, il costo per eseguire una manutenzione completa, così come DGA, test di qualità dell'olio e test elettrici durante l'anno, è solitamente intorno a $1500–$5000. Inoltre, l'acquisto dei monitor online ci costerà $25.000-$120.000, oltre ai costi annuali. Tuttavia, rispetto ai possibili costi di sostituzione di $250.000–$1.500.000, spendere soldi per il programma sembra essere un buon affare.
Il monitoraggio online può sostituire il campionamento dell'olio?
No, anche se i dispositivi di monitoraggio DGA online continuo aiutano a tenere traccia delle tendenze e a prevenire problemi, il DGA di laboratorio è ancora il modo migliore per misurare le caratteristiche dell'olio in termini di accuratezza e calcolo del gas. È buona prassi monitorare il funzionamento dei dispositivi online ma condurre sempre test di conferma in laboratorio per risultati significativi ottenuti attraverso il test online.
Riferimenti
- IEEE C57.104: Guida per l'interpretazione dei gas generati nei trasformatori immersi in olio — Il riferimento per le soglie DGA e la classificazione delle condizioni.
- IEC 60599: Guida all'Interpretazione del DGA negli Apparecchiature Impregnate con Olio Minerale — Quadro internazionale per l'interpretazione dei gas in attrezzature invecchiate.
- IEC 60422: Linee guida per la supervisione e la manutenzione degli oli minerali isolanti — Limiti di qualità dell'olio e linee guida sulla frequenza di monitoraggio.
- IEC 60076-7: Guida al Carico per Trasformatori di Potenza Immersi in Olio — Limiti di temperatura e linee guida sul carico che informano le soglie di allerta.
- CIGRÉ — Brochure tecniche sul monitoraggio delle condizioni e sulla gestione degli asset dei trasformatori.
- IEEE — Dati del gruppo di lavoro sulla affidabilità e standard di monitoraggio per i trasformatori.
- Jiangsu Subian Energia Elettrica — Fabbricante di trasformatori conforme alla IEC 60076 che supporta progetti pronti per il monitoraggio e linee guida per la manutenzione.
Conclusione
Una tecnica di rilevamento per i difetti dei trasformatori non consiste semplicemente in un sensore o in un test, ma in molti sistemi combinati. Ci sono sintomi fisici rilevati durante le ispezioni quotidiane, reazioni chimiche identificate con i test, insieme ad analisi delle tendenze che danno senso alle informazioni raccolte, così come un monitoraggio continuo necessario per alcuni trasformatori. Le soglie sono prese dallo standard IEEE C57.104 così come dalla IEC 60599 e diverse risposte sono garantite tramite protocolli.
- Ispezioni quotidiane, test, tendenze e monitoraggio continuo sono ciò che è necessario per avere una copertura completa di ciò che deve essere monitorato.
- Soglie a livelli devono essere impostate insieme ad allarmi a tasso crescente, con revisioni trimestrali.
- Rispondere a ogni allerta in conformità con i protocolli, con un proprietario documentato responsabile della procedura.