Che cos'è il monitoraggio online delle scariche parziali dei trasformatori? Principio della scarica parziale e dettagli del metodo di rilevamento

• Definizione di localizzazioneLa scarica parziale è un fenomeno di scarica che si verifica in un'area localizzata del sistema di isolamento del trasformatore, ma non in tutto il mezzo isolante. È il primo segno di deterioramento dell'isolamento e, se non controllato, continuerà a svilupparsi fino alla rottura dell'isolamento.
• Metodo di monitoraggio onlineIl sistema di monitoraggio online della scarica parziale del trasformatore prevede l'installazione del corpo del trasformatore sul sensore, 24 ore su 24, per catturare la scarica locale generata da ultrasuoni, corrente ad alta frequenza e segnali di onde elettromagnetiche ad altissima frequenza, per ottenere un monitoraggio non intrusivo in tempo reale.
• Fusione multisensoreUn singolo sensore può catturare solo bande di frequenza parziali dei segnali di emissione locale; i moderni sistemi di monitoraggio delle emissioni locali utilizzano generalmente una combinazione di sensori a ultrasuoni + corrente ad alta frequenza + frequenza ultraelevata tre in uno, che coprono una gamma più ampia di bande di frequenza di rilevamento.
• mappatura diagnosticaIl sistema converte i segnali PD in 3D PRPD (Phase Resolved Partial Discharge Profile) e PRPS (Phase Resolved Pulse Sequence Profile), identificando il tipo e la gravità della scarica in base alle caratteristiche del profilo.
• Installazione non-stopMontaggio non intrusivo dei sensori: i sensori a ultrasuoni sono montati all'esterno della vasca del trasformatore e i sensori di corrente ad alta frequenza sono montati sul filo di terra, eliminando la necessità di un'interruzione di corrente.

1. Meccanismi delle scariche parziali

Il sistema di isolamento di un trasformatore è costituito da una varietà di materiali come olio isolante, carta isolante e cartone isolante. Durante il processo di produzione possono rimanere piccoli vuoti d'aria o impurità e i materiali isolanti invecchiano gradualmente e producono difetti durante il funzionamento. Quando l'intensità del campo elettrico in queste aree difettose supera l'intensità del campo di rottura locale, si verifica una scarica parziale.

Sebbene l'energia delle scariche parziali sia molto inferiore a quella della rottura completa, ogni scarica provoca piccoli danni irreversibili al materiale isolante. Accumulati per un lungo periodo di tempo, questi piccoli danni si espandono gradualmente e alla fine portano al cedimento completo del sistema di isolamento. Questo processo può durare da mesi ad anni, lasciando molte finestre di allarme per il monitoraggio online.

2. Tre metodi di rilevamento del nucleo

3. Flusso di lavoro per il monitoraggio dei rilasci localizzati

3.1 Acquisizione del segnale

Il sensore riceve continuamente il segnale di scarica locale generato all'interno del trasformatore. Il sistema supporta l'acquisizione simultanea multicanale (tipicamente 4 o 6 canali) e la scheda di acquisizione ad alta velocità digitalizza il segnale ad un'elevata frequenza di campionamento per garantire l'acquisizione della forma d'onda completa dell'impulso PD.

3.2 Separazione e filtraggio del segnale

Nell'ambiente della sottostazione è presente una grande quantità di interferenze elettromagnetiche: segnali di telefoni cellulari, walkie-talkie, transitori provenienti da operazioni di commutazione, ecc. possono generare risposte sui sensori. Il sistema separa il segnale di scarica locale reale dall'interferenza ambientale attraverso algoritmi di filtraggio digitale e di riconoscimento dei modelli, il che rappresenta una delle principali difficoltà tecniche del sistema di monitoraggio delle linee locali.

3.3 Generazione del grafico e diagnosi

I segnali PD separati vengono contati in tre dimensioni: fase, ampiezza e frequenza di ripetizione per generare una mappa PRPD tridimensionale. I diversi tipi di scariche (scariche interne, scariche superficiali, scariche a corona, scariche in sospensione) hanno distribuzioni diverse sulla mappa PRPD e l'algoritmo diagnostico determina di conseguenza i tipi di scariche.

3.4 Monitoraggio delle tendenze e avvisi

Il sistema tiene costantemente traccia delle variazioni di tendenza dell'ampiezza di scarico, della frequenza di scarico e del tipo di scarico e invia automaticamente avvisi al personale addetto alla manutenzione quando gli indicatori superano le soglie impostate o quando la tendenza subisce un'accelerazione anomala.

4. Valore del monitoraggio localizzato

Le scariche parziali sono il primo segnale rilevabile di un guasto all'isolamento del trasformatore. Mentre la cromatografia dell'olio vede i prodotti chimici del guasto e il monitoraggio della temperatura gli effetti termici del guasto, il monitoraggio delle scariche locali vede direttamente l'evento di scarica, che è il primo segnale sulla linea temporale.

Per i trasformatori in cui i problemi di isolamento sono il rischio principale (ad esempio, trasformatori più vecchi, trasformatori soggetti a frequenti shock da sovratensione), il monitoraggio locale delle scariche fornisce l'allarme precoce più sensibile. Le scariche possono essere molto gravi quando l'acetilene viene rilevato dalla cromatografia dell'olio e il monitoraggio locale delle scariche può catturare i segnali nella fase embrionale di una scarica.

5. Domande frequenti

5.1 D. Cosa è più importante, il monitoraggio delle emissioni locali o il monitoraggio della cromatografia dell'olio?

R: I due metodi coprono dimensioni di guasto diverse e non sono intercambiabili. La scarica locale analizza direttamente l'evento di scarica, mentre la cromatografia dell'olio analizza i prodotti gassosi prodotti dal guasto. Per i guasti da scarica dovuti a difetti di isolamento, la scarica locale viene individuata prima; per i guasti da surriscaldamento, la cromatografia dell'olio è più efficace. La soluzione ideale consiste nell'utilizzare entrambi i metodi insieme.

5.2 D. C'è un alto tasso di falsi allarmi nel monitoraggio delle radio locali?

R: I primi sistemi di monitoraggio via radio locale presentavano il problema di un elevato tasso di falsi allarmi, dovuto principalmente al complesso ambiente elettromagnetico e ai numerosi segnali di interferenza presenti nel sito. Con lo sviluppo della tecnologia di filtraggio digitale e di riconoscimento dei modelli, la capacità di soppressione delle interferenze dei sistemi moderni è stata notevolmente migliorata. La convalida incrociata di più sensori contribuisce inoltre a ridurre il tasso di falsi allarmi.

5.3 D. È necessario utilizzare tutti e tre i test contemporaneamente?

R: Non necessariamente. La combinazione di due sensori, ultrasuoni e corrente ad alta frequenza, può già soddisfare le esigenze della maggior parte degli scenari. Il metodo UHF ha una maggiore capacità anti-interferenza, ma è più complesso da installare e viene solitamente utilizzato per trasformatori critici o siti con ambienti elettromagnetici particolarmente complessi. La combinazione di sensori può essere scelta in base alle esigenze effettive del trasformatore e alle condizioni del sito.

5.4 D: L'installazione di sensori di scarica locali richiede un'interruzione del trasformatore?

R: I sensori a ultrasuoni e i sensori di corrente ad alta frequenza possono essere installati senza interruzione di corrente. Il sensore a ultrasuoni è montato direttamente sulla parete del serbatoio, mentre il sensore di corrente ad alta frequenza può essere montato sul cavo di messa a terra. I sensori incorporati ad alta frequenza devono essere preinstallati nella produzione del trasformatore o installati durante la manutenzione in caso di interruzione dell'alimentazione.

5.5 D: Come si legge una mappa degli scarichi locali? Come si fa a capire di che tipo di scarico si tratta?

R: L'asse orizzontale del diagramma PRPD è la fase della frequenza industriale, l'asse verticale è l'ampiezza della scarica e i colori rappresentano la frequenza della scarica. Le scariche interne appaiono di solito nel primo e terzo quadrante della fase, le scariche lungo la superficie sono più ampiamente distribuite e le scariche a corona sono concentrate vicino al picco di tensione. Il software di diagnostica etichetta automaticamente il tipo di scarica e il personale addetto all'O&M può anche formulare giudizi empirici sulla base della morfologia dei grafici.

6. Raccomandazioni per la selezione

6.1 Si raccomanda di dotare i trasformatori principali da 220kV e oltre di un programma a ultrasuoni + corrente ad alta frequenza + UHF tre in uno.

6.2 Per i trasformatori di distribuzione generici sono disponibili soluzioni a ultrasuoni a sensore singolo, meno costose e più facili da installare.

6.3 Scegliete un sistema con capacità diagnostiche di fusione di più sensori, anziché limitarvi a visualizzare i dati di più sensori uno accanto all'altro.

Esclusione di responsabilità: il contenuto di questo articolo è solo per scambi e riferimenti tecnici e non costituisce alcuna forma di impegno di approvvigionamento o offerta di contratto. I parametri tecnici del prodotto, la configurazione e il prezzo del contratto effettivo e dell'accordo tecnico prevalgono. I dati tecnici e i casi trattati in questo articolo provengono da informazioni pubbliche e dalla pratica ingegneristica, se aggiornati senza preavviso.

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