Identificazione dei problemi di invecchiamento e installazione in una boccola ad alta tensione

Premessa

Le boccole da 69 kV sono installate su un trasformatore a due avvolgimenti da 10 MVA, 69/13,09 kV Dyn1. Dopo aver completato la manutenzione sui commutatori sotto carico (OLTC) su questo trasformatore risalente al 1969, il proprietario è passato a eseguire i test elettrici.

Riepilogo

Test del fattore di potenza alla frequenza di linea (LF PF) del trasformatore:
Le perdite misurate per i sistemi di isolamento basso-massa (CLG) e alto-massa (CHG) erano superiori a quelle misurate per il sistema di isolamento tra gli avvolgimenti, o alto-basso (CHL), del trasformatore. I risultati del test LF PF con correzione della temperatura (ovvero equivalenza a 20 °C) per i componenti di isolamento CLG e CHG rientravano nei limiti accettabili (< 0,5%) e persino nei limiti fissati per trasformatori nuovi. Tuttavia, il risultato del test LF PF CHG (0,43%) era circa 1,8 volte il risultato LF PF CHL (0,24 %) (Tabella 1).

Tabella 1: Risultati complessivi del test LF PF del trasformatore - condizione iniziale

Sulla base delle recenti esperienze relative all'uso dei test di risposta in frequenza dielettrica a banda stretta (NB DFR) e all’esito positivo dell’individuazione di problemi nascosti non osservati dai test LF PF, è stato eseguito un test NB DFR. Un test NB DFR consiste nella misurazione di %PF o %DF a varie frequenze comprese tra 1 Hz e 505 Hz.

Inoltre, lo specialista dei test ha eseguito test LF PF C1 da 10 kV sulle boccole di avvolgimento sul lato ad alta tensione del trasformatore (Tabella 2). Per la boccola H3 sono stati ottenuti risultati elevati nel test LF PF (misurati e corretti in base alla temperatura), che erano notevolmente superiori ai risultati delle boccole gemelle montate sullo stesso trasformatore. Di conseguenza, i singoli risultati del test LF PF con correzione della temperatura hanno consentito di assegnare la classificazione “Good” (G) alle boccole H1 e H2, mentre il risultato del test LF PF con correzione della temperatura ha determinato la valutazione “Aging” (A) per la boccola H3, ossia ne ha riscontrato l’invecchiamento.

I risultati del test mostrano anche un'anomalia interessante nei “singoli valori correzione della temperatura”. Un fattore di correzione della temperatura (TC) viene utilizzato per determinare il valore LF PF equivalente a 20 °C di un campione sottoposto a test quando si testa il fattore di potenza di tale campione a una temperatura diversa da 20 °C.

Un fattore ITC è un fattore TC univoco per ogni campione sottoposto a test poiché dipende dalle condizioni specifiche del campione. Si noti che il fattore ITC per la boccola H3 (~0,6) è diverso dai fattori ITC determinati per le boccole H1 e H2 (~1,04). La non uniformità che esiste tra questi fattori ITC è una chiara indicazione del fatto che la boccola H3 presenta una condizione di isolamento diversa rispetto alle boccole H1 e H2.

Analisi del test C1 sulle boccole del trasformatore

I fattori ITC sono molto più accurati dei fattori TC disponibili in una tabella di consultazione. Per apprezzare il problema associato alle tabelle di consultazione per la correzione della temperatura, si consideri quanto segue:

1. Se l'utente finale avesse fatto affidamento sulle tabelle di correzione, il fattore TC sarebbe stato determinato in base alla media delle temperature ambiente e delle boccole. Ciò avrebbe comportato un fattore TC prossimo all'unità per tutte e tre le boccole, assunzione valida per le boccole H1 e H2 ma non per la boccola H3.

2. In questo scenario, la boccola H3 sarebbe stata rimossa a causa di un valore PF > 1%. Tuttavia, se la boccola fosse stata testata a 10 °C anziché a ~30 °C, i risultati del test PF misurati e corretti in base alla temperatura secondo le tabelle di consultazione avrebbero potuto essere sufficientemente bassi da consentirle di superare i criteri di accettazione attesi per una normale unità datata.

    

Tabella 2: Risultati del test C1 per le boccole sul lato ad alta tensione, inclusi i risultati LF PF 10 kV e NB DFR 250 V, misurati e corretti in base alla temperatura tramite il metodo ITC

Considerati i risultati del test LF PF, l'utility ha eseguito i test NB DFR sulle boccole del lato ad alta tensione. Le misurazioni a 1 Hz e 505 Hz ottenute da questi test sono riportate in Tabella 2. Questi risultati tabulari confermano le buone condizioni e la valutazione delle boccole H1 e H2 ma indicano la necessità di sottoporre a ulteriori indagini la valutazione della boccola H3.

Figura 1: Risultati dei test misurati NB DFR per le boccole da 69 kV sul lato ad alta tensione

I risultati del test NB DFR per la boccola H3 (traccia blu in Figura 1) hanno rivelato le due caratteristiche elettriche preoccupanti riportate di seguito, che hanno indotto l’utility a sostituire la boccola.

Una boccola in buone condizioni presenterà un valore PF corretto in base alla temperatura ITC ≤ 1% a 1 Hz. Il risultato del test PF a 1 Hz corretto in base alla temperatura ITC della boccola H3 era pari a 7,92% (Tabella 2).

Il risultato del test LF PF a 10 kV, ossia 1,1% (Tabella 2), e il risultato del test LF PF a 250 V, una tipica tensione del test NB DFR, ricavato dalla Figura 1, ossia 0,8%, sono diversi. Ciò implica una dipendenza dalla tensione dei risultati del test LF PF.

Tabella 3: Risultati del test C1 pre-installazione per la boccola sostitutiva nuova H3, LF PF 10 kV e NB DFR 250 V

Prima dell'installazione nel trasformatore, sono stati eseguiti test LF PF e NB DFR sulla boccola sostitutiva H3 per confermarne l'integrità. I risultati dei test LF PF e NB DFR hanno indicato la buona condizione (G) della boccola (Tabella 3) (Figura 2).

Figura 2: Risultati del test NB DFR pre-installazione per la boccola sostitutiva H3

Dopo aver sostituito la boccola H3, l'utility ha ripetuto i test LF PF complessivi sul trasformatore per osservare l'effetto della sostituzione della boccola H3 sulle caratteristiche complessive del test d'isolamento dell'avvolgimento ad alta tensione (Tabella 4). È stato osservato un notevole miglioramento.

Tabella 4: Risultati complessivi del test LF PF del trasformatore da 10 kV dopo la sostituzione della boccola H3

Dopo aver corretto il problema nei risultati complessivi del test d'isolamento dell'avvolgimento, il personale dell'utility ha completato la procedura di routine con un test LF PF a 10 kV sulla boccola sostitutiva H3 installata (Tabella 5).

Tabella 5: Risultati del test C1 post-installazione per la boccola sostitutiva H3, LF PF 10 kV e NB DFR 250 V

Il risultato del test LF PF a 10 kV per la boccola sostitutiva H3 era accettabile. Tuttavia, il risultato LF PF corretto in base alla temperatura ITC è ~ 1,5 volte il valore misurato mentre i risultati misurati a 1 Hz e corretti in base alla temperatura ITC sono quasi uguali e il risultato del test PF a 505 Hz è sia non tipico che notevolmente superiore ai risultati del test PF a 505 Hz per le boccole H1 e H2.

I test NB DFR per la boccola sostitutiva H3 installata hanno rivelato una risposta non tipica, con perdite insolitamente elevate nell’intervallo di alta frequenza (curva blu in Figura 3).

I dati indicavano l’interessamento dell'integrità del collegamento della flangia della boccola al serbatoio collegato a massa. Per confermare il potenziale problema di messa a terra, lo specialista dei test ha applicato una piattina di terra alla flangia della boccola e ripetuto i test LF PF e NB DFR (Tabella 6). È stato osservato un miglioramento significativo nei risultati del test LF PF e nella risposta dielettrica con l’uso della piattina di terra (curva verde in Figura 3).

Va notato che lo specialista dei test sul campo non aveva esperienza precedente nel rilevamento di una messa a terra scadente della flangia. Quando si è dovuto confrontare con la probabile causa di questa anomalia a 505 Hz, lo specialista ha utilizzato un multimetro e misurato la resistenza tra la massa del serbatoio e la flangia della boccola
senza notare alcun problema di resistenza. Solo con l'uso di uno strumento di test a bassa resistenza a quattro terminali lo specialista è stato in grado di rilevare una differenza "prima e dopo". Ciò sottolinea l'eccezionale sensibilità di un test NB DFR rispetto a una messa a terra insufficiente della boccola.

In Figura 5 sono riportate le curve NB DFR della boccola H3 originale, della boccola sostitutiva H3 prima dell'installazione, dopo l'installazione con una messa a terra scadente e infine nella sua condizione "così come lasciata" dopo il ripristino di un buon collegamento a massa. L’immagine fornisce un promemoria visivo di grande impatto sulla scarsa qualità della boccola originale, sulla convenienza dei test DFR NB per la verifica post-installazione e sull'aspetto di una curva DFR per una boccola in buone condizioni.

Figura 5: Curve dei test NB DFR sulla boccola H3 dallo stato "così come trovata" a quello "così come lasciata"

Punti chiave

I test LF PF sono l'approccio principale per la valutazione dell'isolamento HV. Differenze significative tra le misurazioni UST e GST potrebbero richiedere ulteriori indagini. Le boccole costituiscono parte della misurazione GST complessiva di un trasformatore e pertanto possono essere un fattore nel risultato elevato di un test LF PF da avvolgimento a terra. Megger consiglia di testare sempre le boccole dotate di una presa di test o presa
di potenziale.

Le tabelle di consultazione per la correzione della temperatura non sono accurate per le boccole il cui isolamento è compromesso. L'unico modo affidabile per accedere al vero valore equivalente di LF PF a 20 °C è determinare il fattore ITC del campione sottoposto a test.

NB DFR nell’intervallo tra 1 Hz e 505 Hz conferma sia la degradazione precoce che avanzata dell'isolamento della boccola.

Dopo l'installazione di una boccola, si consiglia di eseguire i test NB DFR come procedura di verifica per rilevare una messa a terra scadente.

I risultati dei test PF a 1 Hz e 505 Hz per le boccole in particolare hanno un significato considerevole e, come sottolinea Vince Oppedisano di Megger, sono il "microscopio" dei test di isolamento.

Contatta il nostro team di esperti per informazioni sui test a 1 Hz.