Difetto di collegamento dell'avvolgimento nascosto rilevato in un trasformatore GSU da 32 MVA dopo 23 anni di servizio
Dopo oltre due decenni di funzionamento, un trasformatore GSU da 32 MVA installato presso una delle principali società di servizi di pubblica utilità del Nord America ha segnalato un accumulo di gas al suo interno con l'attivazione del relè Buchholz.
Un'analisi dei gas disciolti eseguita due settimane dopo ha confermato condizioni anomale nell'olio del trasformatore. I livelli di idrogeno sono aumentati in modo significativo, avvicinandosi a 1.000 ppm. Anche le concentrazioni di metano e monossido di carbonio sono aumentate. Lo schema di generazione dei gas ha indicato la presenza di un meccanismo di guasto, di un'attività di scarica elettrica e di un surriscaldamento localizzato all'interno del trasformatore.
Questo scenario rappresenta una sfida nota per i tecnici responsabili della valutazione delle condizioni dei trasformatori. I sistemi di monitoraggio possono fornire prove chiare della presenza di condizioni anomale all'interno di un trasformatore, ma non sono sempre in grado di individuare la posizione o la gravità del problema. Prima che l'unità possa tornare in servizio in modo sicuro, i tecnici devono determinare se il guasto sta progredendo e identificare la parte del trasformatore interessata.
Per comprendere l'origine di una condizione anomala, la società di servizi di pubblica utilità ha eseguito una serie di test diagnostici elettrici sui trasformatori di potenza.
Test diagnostici elettrici
Durante l'indagine sono stati eseguiti tre test elettrici:
- test del rapporto di spire (TTR)
- test di resistenza dell'avvolgimento (WR)
- test dell'impedenza di cortocircuito (SCI)
Ognuna di queste misurazioni valuta un aspetto diverso delle condizioni del trasformatore. Se interpretati insieme, i dati raccolti forniscono informazioni utili sull'integrità elettrica degli avvolgimenti, sulle condizioni dei collegamenti interni e sulla struttura meccanica del trasformatore.
I test sono stati eseguiti utilizzando il sistema di test del trasformatore TAU3, che consente ai tecnici di eseguire più misurazioni diagnostiche del trasformatore su un'unica piattaforma e di confrontare i risultati durante la stessa indagine.
I risultati dei test del rapporto di spire rientravano nei limiti accettabili in tutte e tre le fasi, a conferma che il rapporto elettrico tra gli avvolgimenti era corretto.
Le misurazioni della resistenza dell'avvolgimento hanno evidenziato una condizione diversa.
Sul lato ad alta tensione i valori della resistenza erano stabili, con una differenza tra le fasi di solo lo 0,17%. Sul lato a bassa tensione, invece, le misurazioni hanno evidenziato uno squilibrio di resistenza del 5,39% tra gli avvolgimenti X1 e X2.
Sebbene la linee guida IEEE consentano differenze attorno al 5% in determinate circostanze, i tecnici esperti in genere si aspettano che le differenze di resistenza fase-fase si attestino nei pressi del 2% quando le misurazioni vengono effettuate alla stessa temperatura.
Dai risultati si evince che la condizione anomala era probabilmente associata ai collegamenti dell'avvolgimento a bassa tensione.
Il test dell'impedenza di cortocircuito ha conformato questa conclusione. Anche le misurazioni dell'impedenza hanno prodotto risultati anomali, a conferma della potenziale presenza di un difetto meccanico o nelle connessioni del trasformatore.
In questa fase dell'indagine, i dati di monitoraggio e i risultati dei test elettrici hanno suggerito la presenza di un problema in via di sviluppo all'interno del trasformatore, ma per la conferma finale era necessario procedere a un'ispezione interna.
Ispezione interna e causa principale
Per verificare la fonte delle misurazioni anomale, è stato scaricato l'olio del trasformatore ed è stata verificata la parte attiva del trasformatore.
La causa del problema è apparsa subito evidente.
Il giunto crimpato che collegava l'avvolgimento X1 alla boccola X1 non era stato fissato saldamente in fase di produzione. Il collegamento del conduttore poteva essere separato manualmente e mostrava evidenti segni di surriscaldamento e degradazione dell'olio.
Questo collegamento allentato ha aumentato la resistenza all'interno del circuito di avvolgimento. La conseguente generazione di calore ha prodotto il profilo gassoso rilevato durante l'analisi dei gas disciolti e ha causato lo squilibrio di fase osservato nelle misurazioni della resistenza dell'avvolgimento.
Le sezioni del conduttore danneggiate sono state rimossa e sono stati installati dei componenti sostitutivi. Poiché la parte interessata dell'avvolgimento era stata danneggiata dal surriscaldamento, durante la riparazione i tecnici hanno dovuto utilizzare una sezione del conduttore più lunga.
Interpretazione dei risultati diagnostici
Questa indagine evidenzia l'importanza di interpretare insieme i dati di monitoraggio e i risultati dei test del trasformatore elettrico durante la valutazione della condizione del trasformatore.
L'analisi del gas disciolto ha fornito la prima indicazione dello sviluppo di condizioni anomale all'interno del trasformatore. I test elettrici hanno contribuito all'individuazione della probabile causa del problema, identificando un significativo squilibrio nella resistenza dell'avvolgimento a bassa tensione.
Correlando i risultati di diverse misurazioni diagnostiche, i tecnici hanno stabilito che il guasto era dovuto a un problema di collegamento all'interno dell'avvolgimento del trasformatore e non a un guasto di isolamento più ampio.
Lezioni tratte dall'indagine sui guasti del trasformatore
Da questa indagine emergono diverse lezioni pratiche.
I sistemi di monitoraggio come i relè Buchholz e l'analisi dei gas disciolti forniscono un utile avvertimento precoce dello sviluppo di condizioni interne. Tuttavia, questi sistemi indicano in genere la presenza di un guasto, ma non la sua posizione precisa.
I test elettrici come le misurazioni della resistenza dell'avvolgimento rappresentano tuttora uno degli strumenti diagnostici più efficaci per l'identificazione di problemi di collegamento o difetti meccanici negli avvolgimenti del trasformatore. Anche gli squilibri di resistenza relativamente piccoli possono indicare lo sviluppo di problemi che potrebbero non essere ancora visibili con il ricorso ad altri metodi diagnostici.
Infine, l'esecuzione di diversi test complementari durante la stessa indagine consente ai tecnici di interpretare i risultati nel contesto. I moderni sistemi di test per trasformatori, come ad esempio TAU3, consentono misurazioni efficienti del rapporto di spire, della resistenza dell'avvolgimento e dell'impedenza, con la possibilità di eseguire un confronto diretto dei risultati durante l'analisi del comportamento anomalo del trasformatore.
In questo caso, la combinazione di dati di monitoraggio, test elettrici e ispezioni interne ha consentito di individuare un difetto di produzione che era rimasto nascosto all'interno del trasformatore per oltre due decenni.
Ulteriori dettagli sull'indagine
Questo articolo descrive in che modo i dati di monitoraggio e i test elettrici hanno aiutato i tecnici a identificare un difetto nascosto di collegamento dell'avvolgimento nel trasformatore GSU.
Per un'analisi più approfondita dell'indagine, inclusi i risultati completi dei test, le immagini di ispezione e i dettagli della riparazione, scarica il case study completo. È inoltre possibile esaminare il sistema di test del trasformatore Megger TAU3 utilizzato durante l'indagine per scoprire come contribuisce all'esecuzione di test diagnostici efficaci sui trasformatori sul campo.
