Duke Energy: favorire decisioni più informate sulla manutenzione dei trasformatori di potenza attraverso il monitoraggio DGA multigas online

Come una delle più grandi holding energetiche americane, Duke Energy, sta sfruttando la soluzione DGA multigas online di Vaisala per il monitoraggio dei trasformatori di potenza al fine di migliorare la gestione delle risorse e ridurre drasticamente i costi di manodopera non previsti e le interruzioni non pianificate.

La sfida:
Come monitorare in modo efficace ed efficiente i trasformatori che richiedono campionamenti frequenti e analisi più approfondite di potenziali guasti

Duke gestisce centinaia di sottostazioni che includono migliaia di trasformatori, alcuni dei quali hanno una tensione nominale inferiore e hanno un prezzo sufficientemente basso da non garantire il monitoraggio DGA online permanente. Ciò include molti trasformatori di media tensione e anche alcuni trasformatori di tensione più elevata. Per questi trasformatori il processo di monitoraggio attuale prevede un campionamento annuale o biennale. La frequenza viene regolata in base a tali risultati e in alcuni casi può comportare un programma di campionamento settimanale, aumentando notevolmente i costi di O&M. 

Duke dispone di un protocollo di monitoraggio e campionamento ben sviluppato. Ma nonostante il sistema riconoscesse i problemi potenziali di alcuni dei trasformatori più piccoli nel suo portafoglio, l’unica soluzione era far sì che il personale sul campo prelevasse campioni di olio con maggiore frequenza per cercare di rilevare modelli di gassificazione e potenziali guasti. Questo si è rivelato un processo costoso e dispendioso in termini di tempo per le squadre di manutenzione. Il costo della raccolta e dell’analisi di un campione di olio da un trasformatore è significativo, poiché i responsabili delle decisioni devono attendere fino a 24 ore per ottenere i dati. 

Duke doveva trovare una soluzione più sicura ed economicamente vantaggiosa per garantire la sostenibilità dei suoi trasformatori. 

Questo caso prende in esame due trasformatori specifici che sono stati monitorati con il DGA online mobile OPT100 di Vaisala. Il primo era un trasformatore a fase unica in cui le altre fasi presentavano già altri guasti. Il secondo era un'unità che presentava risultati preoccupanti relativamente al gas ed era fondamentale per la rete locale senza alcun ricambio o possibilità di sostituzione in caso di guasto. 

La soluzione:
Monitoraggio DGA online mobile per analisi in tempo reale

Alla ricerca di una soluzione che consentisse alle squadre di manutenzione di analizzare l'olio in loco invece di inviarlo a un laboratorio per informazioni DGA, Duke Energy ha pilotato la soluzione di monitoraggio mobile OPT100 di Vaisala in una sottostazione su Eagle Island fuori Wilmington, Carolina del Nord, per un progetto di quattro mesi a partire da dicembre 2020. 

Sfruttando la tecnologia Optimus™ di Vaisala, questa soluzione ha reso possibile un'opzione esente da manutenzione per la misurazione dei gas di guasto nei trasformatori. Il sistema NDIR principale si basa su una tecnologia collaudata che Vaisala utilizza da decenni e consente all'OPT100 di fornire misurazioni affidabili a lungo termine. Oltre a non richiedere manutenzione o materiali di consumo, il design robusto e la facilità di installazione dell'OPT100 (meno di due ore) ne consentono un posizionamento unico su una piattaforma mobile disponibile nel mercato statunitense. 

Optimus fornisce il monitoraggio in tempo reale dei gas di guasto, tra cui metano (CH4), etano (C2H6), etilene (C2H4), acetilene (C2H2), monossido di carbonio (CO), biossido di carbonio (CO2) e idrogeno (H2), consentendo un'analisi più approfondita dei guasti utilizzando strumenti analitici come i triangoli di Duval, i rapporti chiave o un software analitico che confronta il DGA con il carico e altri fattori in tempo reale. Ciò non avviene in modo altrettanto efficace con il campionamento e i test di laboratorio offline.

Dopo l'installazione nel primo sito, i dati raccolti hanno dimostrato che il trasformatore era stabile e non vi erano problemi da risolvere. Approfittando della facilità di mobilità dell'OPT100, il team di manutenzione della sottostazione Duke ha deciso di spostare l'unità su un trasformatore che destava maggiori preoccupazioni. Poiché la sottostazione in questione era situata a un'ora di distanza dalla struttura di manutenzione più vicina, Duke ha riscontrato anche ulteriori vantaggi in termini di risparmio di tempo e risorse. Non avevano più bisogno di inviare personale di manutenzione che raccogliesse campioni, si spostasse fisicamente e compilasse documenti prima che il campione potesse essere analizzato. 

Nell'ambito del progetto, Duke doveva essere in grado di raccogliere e analizzare i dati DGA in modo regolare e continuo. Raccogliendo sufficienti informazioni in tempo reale, è stato quindi possibile interpretare efficacemente qualsiasi problema. Ciò è stato particolarmente utile, poiché Duke aveva limitazioni in termini di risorse O&M.

Negli anni precedenti non era possibile interpretare la tipologia e la gravità delle gassificazioni, poiché la frequenza di campionamento era troppo disomogenea. Ciò rendeva difficile decifrare gli effettivi modelli di gassificazione e determinare l'esatta tempistica dell'evento. Con il monitor online che misura continuamente i gas di guasto disciolti e trasmette i dati ogni ora, l'azienda ha beneficiato di dati in tempo reale precisi e affidabili per l'analisi delle tendenze e la correlazione con altri fattori, dal carico e dalle temperature al PD. 

Il vantaggio della visibilità in tempo reale per il risparmio di tempo e denaro su operazioni e manutenzione 

L’ultimo campione manuale raccolto dal trasformatore critico presente da quasi 70 anni in questa sottostazione ha mostrato aumenti significativi di etano, acetilene e idrogeno. Due settimane dopo l'installazione dell'OPT100 mobile nella nuova ubicazione della sottostazione, l'azienda ha iniziato a riscontrare episodi di gassificazione sull'unità. Questi eventi sono continuati nelle quattro settimane successive. 

Con il sistema di monitoraggio online mobile OPT100 installato e in grado di fornire dati, il team di manutenzione Duke è stato in grado di: 

• Monitorare e analizzare da remoto l'andamento dei dati del gas in modo rapido e semplice.
• Confrontare e integrare i dati del monitor DGA online con i tradizionali dati del campione di laboratorio per fornire una cronologia coerente dei test DGA del trasformatore.
• Diagnosticare completamente il trasformatore in questione, inclusa l'identificazione di anomalie ed eventi di gassificazione trascurati dalle tradizionali pratiche di campionamento.

" I principali punti di forza del monitor sono la mobilità, la facilità di implementazione e le informazioni accurate in tempo reale su cui possiamo prendere decisioni informate", sostiene Adam Long, ingegnere capo dei trasformatori. " La connettività e i mezzi remoti di accesso ai dati consentono al nostro personale di non uscire per raccogliere dati perché il dispositivo invia le informazioni per l’analisi remota."

Con l'OPT100 installato e monitorato, Duke ha presto notato un aumento continuo di acetilene, una crescita cumulativa e incrementale, che è stata verificata da campioni manuali durante la prova. Duke è stata quindi in grado di sfruttare tale visibilità sull'andamento dell'acetilene del trasformatore per riconoscere un problema che doveva essere risolto a breve termine. Fortunatamente, il trasformatore in questione necessitava già di essere diseccitato per eseguire attività di manutenzione ed era sulla lista dei componenti da sostituire a breve termine.

In ogni caso, i dati di monitoraggio si sono rivelati informazioni vitali per consentire al team di manutenzione di accelerare la realizzazione del piano di manutenzione e, cosa ancora più importante, di anticipare di due anni la tempistica di sostituzione, evitando così un potenziale guasto e i costi di un'interruzione non pianificata. Il monitor online è stato fondamentale anche come controllo di sicurezza poiché Duke ha dovuto attendere un anno prima di poter mettere il trasformatore offline in modo permanente.

Conclusione:

Il monitor DGA mobile online ha dimostrato il suo valore come strumento importante per Duke. Grazie alla capacità di monitorare e confrontare le tendenze della gassificazione in tempo reale, i responsabili delle decisioni sono stati in grado di dare priorità alla sicurezza dei dipendenti, risparmiando tempo e denaro in modo significativo per quanto riguarda le operazioni e la manutenzione.

Nello specifico, in questo caso, i dati accurati e affidabili hanno tranquillizzato gli addetti alla manutenzione sul fatto che questo specifico trasformatore non fosse una bomba sul punto di esplodere e che poteva continuare a funzionare in sicurezza mentre era in stato di monitoraggio finché l'azienda di distribuzione non fosse stata in grado di installare un altro trasformatore. 

Mentre il campionamento DGA offline identificherà potenziali guasti interni, solo strumenti di monitoraggio DGA online continuo come OPT100 possono fornire dati DGA in tempo reale che rivelano i modelli effettivi di gassificazione, consentendo una vera identificazione dei guasti e un’analisi comparativa.

La vita tecnica e le condizioni attuali del trasformatore, in particolare se un guasto richiede un intervento di manutenzione o una sostituzione immediata, sono estremamente preziose per i gestori delle risorse e della manutenzione che devono prendere decisioni tempestive sulle azioni di manutenzione, quindi un monitor DGA mobile online è uno strumento chiave.

In fin dei conti, non c'è niente di peggio di un'interruzione non pianificata, soprattutto quando tale interruzione avrebbe potuto essere evitata sfruttando strumenti di monitoraggio online per rilevare guasti gravi al trasformatore di potenza.

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