Il sistema TrafoGrade permette un continuo monitoraggio e attuale stato tecnico dei trasformatori del sistema.

Le società di distribuzione operanti sul territorio della Polonia utilizzano migliaia di trasformatori di media potenza che collegano le reti di alta tensione con una rete di distribuzione di media tensione. La maggior parte dei trasformatori sono quelli con le potenze pari a 10, 16, 25 e 40 MVA. Molte unità appartenenti a questo gruppo sono in uso da più di 30 anni. Nonostante un così lungo periodo di lavoro, le condizioni tecniche della maggior parte di queste unità ne consente il loro ulteriore utilizzo poiché in passato la progettazione dei trasformatori è stata realizzata considerando un elevato standard di sicurezza riguardo all’isolamento.

L’approccio moderno all’utilizzo dei trasformatori di potenza è basato sulla valutazione complessa delle condizioni tecniche e del suo significato nel sistema di potenza. Collegando questi due fattori si può valutare accuratamente le prospettive di un loro futuro utilizzo e la possibilità di eseguire una valutazione economica sul vantaggio o meno di realizzare una riparazione o sostituzione del trasformatore.

ENERGO-COMPLEX assieme all’università tecnologica della Pomerania Occidentale e l’università tecnologica di Opole, hanno sviluppato un complesso sistema di gestione dei trasformatori chiamato TrafoGrade. Il sistema si basa sulla valutazione delle condizioni tecniche del trasformatore e della sua importanza nella rete elettroenergetica e combina gli aspetti tecnici della diagnostica con i fattori economici e finanziari per ottimizzare le decisioni riguardanti l’utilizzo corrente, le eventuali riparazioni e le politiche di investimento.

Il sistema di gestione dei trasformatori TrafoGrade è costituito da quattro moduli.

Nel sistema si è utilizzato la valutazione attraverso un punteggio che è stato attribuito ad ogni proprietà o parametro riguardante sia la valutazione delle condizioni tecniche sia il significato del trasformatore nel sistema elettroenergetico. Al termine per la valutazione è stata utilizzata una scala a tre gradi: mediocre, buono, soddisfacente. Un semplice sistema a punti per la descrizione delle condizioni tecniche del trasformatore consente di analizzare i risultati delle prove non solo da parte degli ingegneri ma anche dal personale che non possiede specifiche conoscenze tecniche.

Valutazione delle condizioni tecniche del transformatore

L’elemento principale del sistema TrafoGrade è la valutazione accurata delle condizioni tecniche del trasformatore eseguita con l’uso di metodi diagnostici moderni. La valutazione delle condizioni tecniche si basa su 15 parametri diagnostici:

 

  • analisi dei gas solubili nell’olio (DGA),
  • analisi delle deformazioni degli avvolgimenti (FRA-VM),
  • vita lavorativa,
  • rigidità dielettrica dell’olio,
  • esame visivo,
  • valutazione del commutatore sotto carico,
  • valutazione del gruppo di raffreddamento,
  • valutazione degli accessori del trasformatore,
  • resistenza dell’isolamento,
  • resistenza dell’avvolgimento,
  • valutazione del livello di degrado della cellulosa,
  • valutazione delle boccole isolanti (TR, FDS) ,
  • vita del trasformatore,
  • umidità dell’isolamento solido (FDS, RVM-PDC),
  • livello d’invecchiamento dell’olio.

Tutti i parametri diagnostici sono stati organizzati in tre gruppi:

Gruppo I – diagnostica di base del trasformatore,
Gruppo II – condizioni della parte attiva,
Gruppo III – avanzamento dei processi d’invecchiamento.

Il Gruppo I  contiene le caratteristiche di base del trasformatore. Queste condizioni tecniche non influiscono molto sulla capacita di lavoro del trasformatore. Soltanto situazioni gravi e pessime condizioni tecniche di uno di questi parametri possono provocare il distacco dell’unità dalla rete. Si presume che le riparazioni dei guasti in questo gruppo non dovrebbero creare grandi problemi tecnici e la loro spesa dovrebbe essere abbastanza contenuta. Ad esempio vi si possono inserire caratteristiche come la valutazione degli accessori o del commutatore sotto carico.

Il Gruppo II contiene gli elementi che hanno un ruolo significante nel funzionamento di un trasformatore. Una non buona condizione tecnica della maggior parte di queste caratteristiche elimina il trasformatore dall’attività ed il suo ripristino in condizioni tecniche accettabili richiede molti sforzi finanziari e organizzativi. A questo gruppo appartiene l’analisi DGA ed un suo risultato negativo richiede il distacco del trasformatore dalla rete ed almeno una ispezione interna.

Il Gruppo III contiene le caratteristiche che non riguardano i problemi legati all’utilizzo del trasformatore ma prendono in considerazione la sua vita e la pianificazione di riparazioni e ammodernamenti. Per questo motivo la negativa valutazione di una di questi parametri non esclude l’unità dal lavoro ma richiede la pianificazione della riparazione. A questo gruppo appartengono caratteristiche come: l’età del trasformatore, le proprietà fisiche e chimiche dell’olio per trasformatori.

Per soddisfare le richieste del sistema TrafoGrade è stata elaborata un’istruzione dettagliata che descrive il modo per definire e valutare i valori di tutti i parametri e la metodica per una valutazione sia di gruppo che globale.

Valutazione dell’importanza del transformatore nel sistema

Nel processo decisionale riguardante le politiche d’investimenti e riparazioni oltre alla valutazione delle condizioni tecniche, occorre considerare anche la sua importanza nella rete elettroenergetica. Questo aspetto ha un ruolo significante nell’aumento dell’affidabilità della distribuzione dell’energia elettrica agli utenti e nel miglioramento della sicurezza energetica di un dato territorio. Nel sistema TrafoGrade anche la valutazione dell’importanza del trasformatore è stata espressa in una scala a punti ed è realizzata attraverso l’analisi:

  • delle configurazioni nella rete elettroenergetica nella quale il trasformatore opera con una particolare attenzione ai parametri di affidabilità,
  • del tipo di consumatori di energia,
  • della possibilità di creazione di riserve del trasformatore, ecc.

La combinazione di due importanti caratteristiche del trasformatore, dal punto di vista della società di distribuzione, consente di inserire il trasformatore nel giusto gruppo di utilizzo. Nel disegno sottostante viene mostrato un esempio di risultati della valutazione di 44 trasformatori effettuata in una delle aziende di distribuzione.

Nel sistema TrafoGrade i trasformatori sono classificati in tre gruppi prevalenti di utilizzo:

  • trasformatori con l’utilizzo semplificato (U),
  • trasformatori con l’utilizzo normale (N),
  • trasformatori con l’utilizzo sotto particolare supervisione (S).

Al primo gruppo (U) appartengono le unità che possiedono due caratteristiche: condizioni tecniche molto buone oppure che hanno un’importanza minima nel sistema. In questi caso i costi legati alla diagnostica possono essere limitati solo a ispezioni visive periodiche con le analisi DGA dell’olio. Nel gruppo (S) sono incluse le unità che hanno un ruolo strategico nel sistema oppure trasformatori in condizioni tecniche non buone. Ovviamente in questa prospettiva, ogni gruppo deve sviluppare separate istruzioni di manutenzione, ma l’adozione di questo sistema basato su un attuale stato tecnico e importanza del trasformatore permette una significante riduzione nei costi di manutenzione degli stessi.

Analisi delle prospettive di utilizzo

Il risultato finale della valutazione complessa delle condizioni tecniche del trasformatore è l’elaborazione, riferita ad ogni unità, delle prospettive di utilizzo. Tali informazioni sono particolarmente importanti per i gestori dei trasformatori poiché rendono possibile la realizzazione di un accurato piano di diagnostica e di riparazioni proiettato per i prossimi anni. Nella tabella 1 sono presentate, a titolo dimostrativo, le prospettive di utilizzo di due trasformatori in diverse condizioni tecniche.

Prospettive di futuro utilizzo dei trasformatori:

TDR3b 25000/110, anno di produzione 1980, scoring by TrafoGrade 10,4 punti

Condizioni tecnicheProspettive di utilizzo
Molte perdite
CSC: motore rumoroso durante il funzionamento
DGA: surriscald. a basse temp.
Umidità X = 3,3%
Furani: 3,24 ppm
Fenolo: 1,94 ppm
Proprietà fisico-chimiche dell'olio: soddisfacenti
Il trasformatore con i processi di invecchiamento avanzati nell'isolamento solido e ad olio.
Alto livello di umidità ed un difetto termico accelerano il deterioramento dell'isolamento.

A causa dell'indebolimento dell'efficienza del circuito di protezione e di un possibile effetto bolle esistono i rischi in caso del futuro utilizzo.

Limitazioni di utilizzo:
- temperatura dell'olio massima 75°C
- non spostare alle riserve fredde in basse temperature

Le riparazioni richiedono molti sforzi come il riavvolgimento degli avvolgimenti e cambio dell'olio.

 

nTDR3b 16000/110, anno di produzione 1985, scoring by TrafoGrade 27,1 punti

Condizioni tecnicheProspettive di utilizzo
CSC: soddisfacente
DGA: inizio dello stato wnz (basso livello dell'idrogeno)
Umidità X = 2,8%
Furani: nessuno
Proprietà fisiche e chimiche dell'olio: buone
Non ci sono le limitazioni nell'utilizzo.
Dopo 5-7 anni bisognerà probabilmente fare l'essiccazione dell'isolamento.

Sistema informatico gestionale

TrafoGrade è supportato da un sistema integrato di acquisizione di dati e gestione dei trasformatori. Questo raccoglie tutti i dati riguardanti i parametri, localizzazione e utilizzatori dei trasformatori. Nella parte analitica procede alla valutazione dello stato tecnico, importanza, fornisce suggerimenti sulla manutenzione e, genera rapporti appropriati. Il compito principale del sistema computerizzato di gestione è quello di:

  • agevolazione delle decisioni nell’ambito della politica delle riparazioni e degli investimenti,
  • elaborazione di accurate previsioni di bilancio in base allo stato reale dei trasformatori,
  • presentazione semplificata dei dati in forma grafica,
  • facile accesso all’archivio dei risultati delle misurazioni.

Il sistema informatico di gestione del sistema TrafoGrade è un software su misura, dedicato alle esigenze individuali degli utenti, con riguardo alla natura specifica di un dato ente energetico.

ESEMPIO DI IMPLEMENTAZIONE DEL SISTEMA TRAFOGRADE

Esemio di implementazione del sistema Trafograde

Il sistema TrafoGrade è stato implementato in una delle società di distribuzione per la quale è stata effettuata una verifica complessiva di 44 trasformatori di distribuzione. Nel disegno è indicato un grafico a torta che mostra la durata della popolazione di trasformatori analizzata.

Età dei trasformatori

Tra i 44 trasformatori sottoposti alle prove, per 4 unità si è registrato uno stato tecnico mediocre, per 33 – sufficiente e per 7 – buono. I principali elementi per una scrupolosa valutazione dello stato tecnico dei trasformatori consistono in moderni ed avanzati metodi diagnostici. Nel disegno è indicato un grafico a torta che mostra la durata della popolazione di trasformatori analizzata.

Valutazione dei trasformatori per alcune caratteristiche delle condizioni tecniche: analisi DGA dell’olio (a), umidità della cellulosa (b), FRA (c)

a) DGA

b) Umidità

c) FRA

Sulla base dei risultati mostrati, si può concludere che solo una piccola parte della popolazione di trasformatori analizzata presenta importanti problemi tecnici, che possono richiedere l’utilizzo di risorse economiche. Nel disegno successivo viene mostrata la prospettiva della manutenzione designata per la popolazione di 44 trasformatori analizzati.

Prospettive dell’utilizzo: periodo di lavoro fino al ricambio dell’olio (a), essiccazione dell’isolamento solido (b), tempo stimato per l’utilizzo senza riparazioni (c)

a) Cambio dell’olio

b) Asciugamento dell’isolamento

c) Tempo di manutenzione senza riparazione

La previsione di utilizzo, definita in base agli indici dello stato tecnico, costituisce il punto di partenza per l’analisi economica.

Aspetti economici dell’implementazione del sistema Trafograde

Integrando nel sistema informatico tutti i dati rilevati durante le misurazioni nonché utilizzando una scala a punti per verificare lo stato tecnico, l’analisi dei dati risulta semplificata. Inoltre le decisioni possono essere prese anche da manager non necessariamente esperti nell’ambito della diagnostica dei trasformatori. Implementando il complesso sistema di gestione, basato su una multiparametrica valutazione delle condizioni tecniche di un trasformatore, è possibile ottimizzare le spese d’investimento sostenute per effetto di riparazioni e di ammodernamenti. Le regole sulla decisione di modernizzare o riparare il trasformatore possono essere rappresentate sull’esempio del trasformatore di potenza 25 MVA, 110/15 kV, che ha operato per 30’anni in rete senza elevati carichi e gravi incidenti. L’ordine del processo decisionale e lo stimato costo di modernizzazione viene presentato sottoforma di un algoritmo nel disegno.

La riparazione di questo trasformatore generalmente comprende:

  • deumidificare e pulire gli avvolgimenti,
  • stirare l’anima e gli avvolgimenti,
  • cambiare l’olio,
  • sostituire i radiatori,
  • riparare il commutatore sotto carico,
  • sostituire i dispositivi.

Il costo dei lavori è valutato attualmente a circa il 15 – 20% del valore di un nuovo trasformatore. Questo è una tipica riparazione di livello medio. Ma la sua esecuzione allunga la vita del trasformatore di altri 10-15 anni.

Il costo di implementazione del sistema TrafoGrade conviene solo nel caso, quando per prevenzione si riesce ad evitare il danneggiamento di un solo trasformatore. Con l’introduzione dei punti scala per la valutazione e seguendo le istruzioni di manutenzione dei trasformatori secondo gli standard del metodo TrafoGrade è possibile limitare i costi legati alla diagnosi periodica. L’approccio individuale verso una certa unità permette la limitazione delle analisi nel caso di trasformatori situati nel gruppo operativo U e, anche razionalizzare l’ambito di misurazioni necessarie nel gruppo N e S.