Le scariche parziali (SP) costituiscono un segnale di allarme cruciale per il deterioramento dell'isolamento all'interno dei trasformatori a 110kV. Se non rilevate, le scariche persistenti possono causare una carbonizzazione irreversibile dell'isolante olio-cartone, portando infine a un fallimento dielettrico catastrofico. Nel contesto della manutenzione delle sottostazioni a 110kV, la localizzazione ultrasonora è emersa come uno strumento diagnostico principale grazie alla sua elevata immunità al rumore elettromagnetico e alla sua capacità di identificare le coordinate fisiche dei guasti interni senza de-energizzare l'equipaggiamento.
Δt=ts−te
Descrizione:
Questo valore rappresenta l'intervallo tra l'arrivo del segnale elettromagnetico e quello acustico ai rispettivi sensori. tsts è il timestamp registrato dal sensore ultrasonoro sul muro del serbatoio, mentre tete è il timestamp dal sensore elettrico (UHF o HFCT). Poiché le onde elettromagnetiche si propagano quasi alla velocità della luce, tete è effettivamente il momento in cui si è verificata la scarica.
d=voil⋅Δt
Descrizione:
La distanza lineare dd identifica quanto dista la sorgente SP da un sensore ultrasonoro specifico. voilvoil è la velocità del suono nell'olio del trasformatore, che è approssimativamente 1400m/s nelle condizioni operative standard. La misurazione accurata di ΔtΔt è la base per ottenere una risoluzione spaziale ad alta precisione.
(x−xi)2+(y−yi)2+(z−zi)2=(voil⋅Δti)2
Descrizione:
In questo sistema di coordinate 3D, (x,y,z) sono le coordinate sconosciute della fonte PD, e (xi,yi,zi) sono le posizioni note del sensore ultrasonico i-esimo. Distribuendo un minimo di quattro sensori e risolvendo questo sistema di equazioni non lineari, è possibile determinare matematicamente la posizione interna esatta del punto di scarica.
| Categoria di scarica | Intervallo di frequenza (kHz) | Profilo di intensità del segnale | Difficoltà di localizzazione |
|---|---|---|---|
| PD tra avvolgimenti inter-turno | 60∼12060∼120 | Alta continuità con alta attenuazione | Alta |
| PD di potenziale galleggiante | 40∼15040∼150 | Forte periodicità e ampiezza stabile | Bassa |
| PD da punta metallica affilata | 20∼8020∼80 | Impulsi acuti con forte direzionalità | Media |
Il monitoraggio ultrasonico multicanale dei trasformatori a 110kV distingue efficacemente i guasti parziali interni dalle vibrazioni meccaniche esterne. I dati pratici sul campo indicano che per le scariche a potenziale galleggiante, l'errore di localizzazione può essere ridotto a meno di 5 cm, riducendo significativamente l'area necessaria per l'ispezione o la riparazione interna.
τsync<Dmax/voil
Descrizione:
La finestra di sincronizzazione τsyncτsync deve essere più breve del tempo necessario per un'onda acustica per percorrere la dimensione massima DmaxDmax del serbatoio del trasformatore. Questo vincolo assicura che i segnali catturati da tutti i sensori provengano dalla stessa singola impennata di scarica, prevenendo il disallineamento dei dati.
Implementando queste tecniche di localizzazione ultrasonica, il personale di manutenzione può identificare e localizzare i difetti di isolamento interni nei trasformatori a 110kV mentre rimangono in servizio. Questo approccio "online" elimina la necessità di costose operazioni di svuotamento dell'olio o di messa fuori servizio per la diagnosi iniziale, fornendo dati spaziali precisi che migliorano l'affidabilità e la longevità degli asset di potenza critici.
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