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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
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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
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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.
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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%
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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.
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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)
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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!
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Diagnostica: DGA – Analisi Gas Disciolti (2/2)
IEC 60599 “Guide to the interpretation of dissolved and free gases analysis”
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Manutenzione predittiva
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.
Manutenzione predittiva
Allerta
•Azione preventiva
•Azione migliorativa
Allarme
•Azione di emergenza
MONITORAGGIO
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Monitoraggio dei trasformatori - Overview
Circa il 42 % dei principali guasti incipienti possono essere individuati in tempo mediante il
monitoraggio online dei trasformatori1)
Source: 1) GUIDE ON TRANSFORMER INTELLIGENT CONDITION MONITORING (TICM) SYSTEMS,
Working Group G A2.44, Cigré,September 2015
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Monitoraggio dei trasformatori – Parte Attiva
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Monitoraggio dei trasformatori – Commutatore Sotto Carico
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Monitoraggio dei trasformatori – Sistema di raffreddamento
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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?
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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!!!
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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?
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
Conclusioni (1/2)
Source: 1) GUIDE ON TRANSFORMER INTELLIGENT CONDITION MONITORING (TICM) SYSTEMS,
Working Group G A2.44, Cigré,September 2015
~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%
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Manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio dei trasformatori
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
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Siemens Transformers S.p.A.Via di Spini, No. 9 - 38121 Trento, Italy
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Grazie per la vostra attenzione
Daniele Todesco
Customer Services Transformers
Tel.: +39 0461 957111
Mobile: +39 3356981806
Fax: +39 0461 993417
Mail to: daniele.todesco@siemens.com
www.siemens.it/transformers
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