Come possiamo migliorare la sensibilità dei sensori per il monitoraggio dei punti caldi negli avvolgimenti dei trasformatori?

Se lavori nella distribuzione di energia o nella manutenzione delle sottostazioni, sai che i trasformatori sono gli eroi non celebrati che mantengono le luci accese, finché non lo fanno più. Qualche anno fa, abbiamo contattato un cliente perché i sensori hot spot degli avvolgimenti del trasformatore continuavano a non rilevare picchi di calore critici che alla fine portavano a tempi di inattività non pianificati. Si è scoperto che la loro vecchia configurazione di monitoraggio non era in grado di rilevare i primi, impercettibili segnali di surriscaldamento prima che si trasformasse in un costoso guasto. Ecco perché nella [nostra azienda] abbiamo passato anni a perfezionare la tecnologia dei nostri sensoriMonitoraggio dei punti caldi degli avvolgimenti del trasformatoree oggi voglio analizzare in dettaglio come abbiamo migliorato la sensibilità dei nostri clienti: senza sovraccarico di termini tecnici, solo cose reali e utilizzabili.

Innanzitutto, chiariamo una cosa: i punti caldi sugli avvolgimenti del trasformatore non sono solo "punti caldi". Sono aree minuscole e localizzate in cui l'isolamento si rompe, il carico non è uniforme o i sistemi di raffreddamento non funzionano: problemi che si insinuano rapidamente se il sensore non riesce a rilevarli. Il problema standard che la maggior parte dei sensori deve affrontare è che sono troppo lenti a reagire, troppo ampi (rilevano la temperatura media invece del punto caldo reale) o vengono distorti dal rumore elettrico proveniente da altre parti del trasformatore. Abbiamo affrontato questi punti critici frontalmente e voglio condividere ciò che funziona, dalle modifiche hardware del sensore all'abbinamento con altri strumenti di monitoraggio.

Cominciamo dal cuore del sensore: la sonda di temperatura. Per anni, molti sensori di punti caldi hanno utilizzato termocoppie di base sepolte nell'isolamento degli avvolgimenti, ma queste possono solo captare il calore che si trasferisce attraverso l'isolamento, non il punto effettivo che si sta surriscaldando. Siamo passati alle sonde in fibra ottica qualche tempo fa, ma non una fibra qualsiasi: utilizziamo fibre DTS (distributed temperature sensing) sufficientemente sottili da intrecciarsi negli strati isolanti dell'avvolgimento senza interrompere il flusso elettrico. Aspetta, ma come aumenta la sensibilità? A differenza dei sensori puntiformi, DTS rileva una lettura della temperatura ogni mezzo metro lungo la fibra, quindi non mancano punti caldi piccoli e concentrati (come un punto in cui un filo è allentato e genera calore extra) che un sensore a punto singolo sorvolerebbe. I primi test con il trasformatore da 500 kV di un cliente hanno dimostrato che abbiamo rilevato un punto caldo di 2°C in corrispondenza di una presa di avvolgimento che il loro vecchio sensore ignorava completamente, abbastanza da rilevare un problema prima che si verificasse la rottura dell'isolamento.

Ma la sensibilità non riguarda solo la sonda: riguarda anche il filtraggio del rumore. I trasformatori sono elettricamente rumorosi: correnti di messa a terra del nucleo, scariche parziali, fluttuazioni del carico creano tutti segnali che possono distorcere le letture della temperatura. Ci capitava spesso di riscontrare questo problema: i nostri sensori registravano picchi per 10 minuti durante un aumento di carico, non a causa di un punto caldo, ma perché l'interferenza elettrica stava disturbando il segnale della sonda. Quindi abbiamo iniziato a integrare la convalida dei segnali incrociati con altri strumenti di monitoraggio dei trasformatori. Ad esempio, se il nostro sensore hot spot mostra un aumento della temperatura insolito, lo confrontiamo con i dati di unMonitoraggio della corrente di messa a terra del nucleo del trasformatore(quel collegamento è per il nostro prodotto esatto, tra l'altro: lo abbiamo costruito per rilevare la messa a terra difettosa che può imitare il rumore dei punti caldi) e unSistema di monitoraggio online delle scariche parziali per trasformatoriper escludere rumori legati all'isolamento. Si tratta di un punto di svolta perché ora non ci affidiamo solo a una lettura temporanea: la stiamo verificando con altri dati sullo stato di salute del trasformatore, il che riduce i falsi allarmi di oltre il 30% per i nostri clienti.

Un altro grosso problema: la calibrazione, ma non quella noiosa di tipo annuale. La maggior parte dei sensori hot spot sono calibrati in un laboratorio in condizioni perfette, ma i trasformatori reali funzionano a temperature estreme, elevata umidità e carichi variabili. Abbiamo integrato la calibrazione adattiva in tempo reale nel nostroMonitoraggio dei punti caldi degli avvolgimenti del trasformatoresistema: utilizza i dati di carico del trasformatore, la temperatura ambiente e persino gli andamenti del gas disciolto per regolare le letture di base del sensore al variare delle condizioni. Per un cliente in una sottostazione deserta, ciò significava che il sensore smetteva di segnalare eccessivamente i punti caldi durante mezzogiorno (quando la temperatura ambiente spinge verso l'alto la linea di base dell'avvolgimento) e iniziava a rilevare con precisione il surriscaldamento effettivo quando il carico aumentava la sera. Prima di ciò, il team di manutenzione eseguiva controlli inutili ogni volta che il sole era alto, sprecando tempo e risorse.

Aspetta, parliamo di qualcosa che la maggior parte delle persone trascura: il posizionamento del sensore. Anche la sonda più sensibile è inutile se la metti nel punto sbagliato. In passato insegnavamo ai clienti a posizionare le sonde sulla parte superiore degli avvolgimenti, ma è lì che il calore si dissipa prima, quindi i piccoli punti caldi vengono mascherati. Ora consigliamo di posizionare le sonde nel punto medio dell'avvolgimento (l'area di calore più concentrata) e vicino alle connessioni dei rubinetti (dove i fili allentati spesso creano punti caldi). Abbiamo anche effettuato un test sul campo in cui abbiamo confrontato il posizionamento delle sonde su 10 trasformatori di distribuzione: le sonde nel punto centrale hanno rilevato il 15% in più di punti caldi iniziali rispetto alle sonde montate in alto. Se utilizzi il nostro sistema, il nostro team esamina insieme a te le specifiche del posizionamento durante la configurazione, senza fare supposizioni, che è una parte importante dell'aumento della sensibilità.

Ma sensibilità significa anche cogliere le tendenze, non solo i singoli picchi. Il nostro sistema non mostra solo un numero: tiene traccia dei cambiamenti di temperatura nel corso di ore, giorni e mesi. Pertanto viene registrato un picco di 3°C in una notte dovuto a un aumento di carico, ma un aumento graduale di 5°C nell'arco di due settimane viene segnalato come un potenziale problema. Questo perché l'accumulo graduale di calore è spesso dovuto al degrado dell'isolamento, mentre i picchi improvvisi sono generalmente transitori. Abbiniamo questi dati di tendenza con i nostriAnalizzatore di gas disciolto nel trasformatoredati: combinando le tendenze della temperatura con i livelli di gas (come metano o etilene, che segnalano la rottura dell’isolamento) fornisce un quadro completo di come si sta sviluppando un punto caldo. Un cliente lo ha recentemente utilizzato per individuare un punto caldo lento su un trasformatore prima che si trasformasse in un guasto totale: ha riparato una connessione allentata durante una finestra di manutenzione programmata, risparmiando $ 120.000 in costi di riparazione non pianificati. Questo è il tipo di sensibilità all'impatto.

Naturalmente, abbiamo imparato anche dai nostri passi falsi. All'inizio abbiamo provato a inserire più punti dati nel sensore, il che lo ha reso più ingombrante e difficile da installare senza danneggiare gli avvolgimenti. Abbiamo dovuto ridimensionare e concentrarci su sonde miniaturizzate ad alta sensibilità che si inseriscono negli slot di isolamento degli avvolgimenti standard. Ecco perché le nostre sonde attuali sono sottili 0,5 mm: non è necessario modificare il design dell'avvolgimento, il che rappresenta un grande vantaggio per l'aggiornamento dei trasformatori più vecchi. Abbiamo anche testato materiali diversi per il rivestimento della sonda e il passaggio a una fibra di silice a bassa perdita e resistente alla temperatura ha aumentato la precisione del segnale del 18% in ambienti ad alta tensione. Piccole modifiche, ma si sommano a una sensibilità decisamente migliore.

Ora, siamo sinceri: nessun sensore è perfetto e la sensibilità non significa ignorare i falsi allarmi (ci stiamo ancora lavorando). La chiave è bilanciare l'elevata sensibilità con dati affidabili, motivo per cui il nostro sistema non è solo un sensore: è un ecosistema di monitoraggio completo. Se hai a che fare con trasformatori che hanno più di 20 anni, aggiornare un sensore sensibile del punto caldo che si accoppia con la messa a terra del nucleo e il monitoraggio PD è molto più conveniente rispetto alla sostituzione dell'intera unità. E se gestisci una flotta di trasformatori, il dashboard basato su cloud del nostro sistema ti consente di monitorare i punti caldi in tutte le unità in tempo reale, in modo da poter dare priorità alla manutenzione sulle unità che ne hanno effettivamente bisogno.

Ecco cosa dico a ogni cliente: la vita di un trasformatore spesso viene interrotta perché nessuno ha individuato in anticipo un piccolo punto caldo. Abbiamo costruito il nostroMonitoraggio dei punti caldi degli avvolgimenti del trasformatoresistema per risolvere questo problema: aumentando la sensibilità mirando alle aree esatte in cui si accumula il calore, filtrando il rumore e associandolo ad altri dati critici per evitare segnali mancati. Se sei stanco di sensori che non rilevano i problemi o ti inondano di falsi allarmi, ci piacerebbe parlare di come possiamo personalizzare una soluzione per i tuoi trasformatori specifici. Che tu abbia un singolo trasformatore di distribuzione o una flotta di sottostazioni, il nostro team può illustrarti quali modifiche potrebbero funzionare meglio per la tua configurazione: nessuna pressione, solo consigli onesti.

Se vuoi saperne di più sulla tecnologia dei nostri sensori, i link che ho inserito in precedenza ti offrono approfondimenti su ciascuno dei nostri strumenti di monitoraggio, ma siamo chiari: la parte migliore è come lavorano insieme. E se sei pronto a parlare di come migliorare la sensibilità del monitoraggio dei punti caldi, contattaci: ti metteremo in contatto con il nostro team che ha lavorato sul campo con i trasformatori, non solo seduto in un ufficio.

Riferimenti

1. Standard IEEE C57.12.90-2015, "Codice di prova standard per trasformatori di distribuzione, alimentazione e regolazione immersi in liquido", Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2015.
2. Wang, Y., et al. "Rilevamento della temperatura distribuito per il rilevamento dei punti caldi degli avvolgimenti dei trasformatori: una valutazione sul campo."Transazioni IEEE sulla fornitura di energia, vol. 33, n. 4, 2018, pp. 1892-1900.
3. Smith, J., et al. "Tecniche di riduzione del rumore per sensori di monitoraggio dei trasformatori in ambienti ad alto campo."Atti della conferenza internazionale sul monitoraggio e la diagnosi delle condizioni, 2020, pp. 456-459.