Soluzione Intelligente per Trasformatori Corrente GIS: Sistema di Allarme Anticipato per Guasti Meccanici Basato su Accoppiamento Vibrazione-Corrente

Problema principale:​​ In regioni sismiche e in centraline GIS invecchiate, le strutture meccaniche (ad esempio, fissaggi, supporti di isolamento) dei Trasformatori di Corrente (TC) sono suscettibili a danni causati da vibrazioni continue o impatti improvvisi. Ciò può portare a guasti nascosti come allentamenti, distacchi o spostamenti, che alla fine causano la degradazione dell'isolamento o un malfunzionamento improvviso del TC, minacciando l'affidabilità della rete. I metodi tradizionali di ispezione basati su interruzioni del servizio sono inefficienti e costosi.

​Soluzione innovativa:​​ Integra il monitoraggio di parametri duali, vibrazione e corrente, utilizzando un motore AI per ottenere avvisi anticipati e diagnosi intelligenti dei guasti meccanici del TC.

​Implementazione tecnologica principale​

1. ​Rilevamento collaborativo multi-parametrico:​​
• ​Monitoraggio delle vibrazioni ad alta frequenza:​​ Distribuisci accelerometri piezoelettrici a banda larga (5Hz-10kHz) su componenti critici del TC (flange, supporti) per catturare con precisione i segnali di vibrazione strutturale anomala causati da allentamenti meccanici, spostamenti di parti, degradazione dell'isolamento o vibrazioni esterne (onde sismiche).
• ​Cattura della corrente di inrush transitoria:​​ Utilizza bobine Rogowski passive per il monitoraggio non invasivo e in tempo reale delle forme d'onda della corrente operativa del lato primario del TC. Combinato con i segnali di operazione dell'interruttore, identifica con precisione gli eventi di commutazione e analizza le caratteristiche dell'inrush e le loro forze d'impatto sulla struttura meccanica del TC.
2. ​Motore diagnostico intelligente basato su AI all'edge:​​
• Utilizza un modulo di calcolo all'edge robusto (ampia gamma di temperature, resistente agli shock) installato localmente sul dispositivo per il processamento in tempo reale dei dati di forma d'onda di vibrazione e corrente.
• L'operazione principale utilizza un modello diagnostico intelligente proprietario ​1D-CNN (Rete Neurale Convoluzionale 1D)​​:
• ​Input:​​ Caratteristiche temporali e spettrali dell'accelerazione di vibrazione (analisi FFT) + Caratteristiche della forma d'onda dell'inrush di commutazione.
• ​Output:​​ Identifica con precisione i tipici modi di guasto meccanico ("allentamento dei bulloni", "spostamento del supporto di isolamento", "risonanza meccanica") con un tasso di accuratezza diagnostica del 92%.
• Possiede una capacità di "apprendimento adattivo" per adattarsi a diverse caratteristiche strutturali del TC e alle vibrazioni di fondo in diverse centraline.
3. ​Avviso locale efficiente e comunicazione:​​
• ​Mechanismo di avviso a livelli:​​ All'individuazione di firme di guasto sospette, il motore all'edge genera immediatamente segnali di avviso/allarme (ad esempio, Avviso, Grave, Critico).
• ​Trasmissione wireless semplificata:​​ Trasmissione crittografata di segnali di allarme chiave (non dati grezzi) alla piattaforma HMI locale della centralina tramite tecnologia LoRa LPWAN, riducendo significativamente il carico di comunicazione e la latenza.
• ​Visualizzazione HMI locale:​​ Visualizzazione in tempo reale basata su mappa che mostra il numero del TC difettoso, il tipo di guasto, il livello di allarme e le azioni consigliate.

​Scenari di applicazione target​

1. ​Centraline GIS in aree ad alto rischio sismico:​​
• Avviso precoce dello spostamento o del danno strutturale del TC causato da scosse di assestamento, prevenendo guasti secondari.
• Monitoraggio continuo del danno cronico degli apparecchiature causato da attività geologica minore a lungo termine.
2. ​Agiornamenti e aggiornamenti di centraline GIS invecchiate:​​
• ​Installazione senza interruzioni del servizio:​​ Installazione semplice dei sensori che non richiede modifiche alla struttura della camera di gas, garantendo l'integrità ermetica. Particolarmente adatto per centraline più vecchie con finestre di interruzione limitate.
• ​Aggiornamento incrementale economico:​​ Sfrutta la tecnologia wireless e il calcolo all'edge, eliminando la necessità di cablaggi estesi o nuovi sistemi backend, risultando in un elevato ROI dell'aggiornamento.
3. ​Centraline nodali e ad alto carico:​​ Prevenzione del rischio di malfunzionamento/fallimento dei relè di protezione e di blackout su larga scala causati dal malfunzionamento improvviso del TC.

​Valore e vantaggi principali​

• ​Avviso precoce di rischi maggiori:​​ Prevede efficacemente i tipici guasti meccanici con 7+ giorni di anticipo, fornendo ampio tempo per interventi proattivi.
• ​Riduzione significativa delle interruzioni non pianificate:​​ Riduce le interruzioni non pianificate causate dal malfunzionamento improvviso del TC di oltre il 60%​, migliorando significativamente la disponibilità della rete e la soddisfazione del cliente.
• ​Vantaggi di sicurezza e costi doppi:​​ Previene i malfunzionamenti del sistema di protezione, i guasti a arco e i danni a catena degli apparecchiature all'interno della centralina causati dal malfunzionamento del TC.
• ​Nuovo paradigma di manutenzione smart O&M:​​ Passa dalla "manutenzione periodica" alla "manutenzione predittiva"​, ottimizzando notevolmente la gestione dei pezzi di ricambio e la pianificazione del personale.
• ​Progettazione adatta a zone fortemente sismiche:​​ Sensori passivi + Calcolo all'edge + Trasmissione wireless - nessun cablaggio lungo, resiliente a terremoti forti.
• ​Costo ottimale per l'aggiornamento di centraline invecchiate:​​ Soluzione leggera, indipendente dai grandi sistemi di monitoraggio della centralina; garantisce un rapido dispiegamento e ritorno dell'investimento.