Soluzione di Aggiornamento Intelligente e Manutenzione Efficiente per Trasformatori di Trasmissione

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1. Contesto e sfide
Alcune trasformatori di trasmissione nei sistemi attuali di rete elettrica affrontano sfide significative. Da un lato, le apparecchiature invecchiate con una vita operativa prolungata mostrano un degrado graduale delle prestazioni tecniche, della affidabilità e della sicurezza. Dall'altro, le ispezioni manuali tradizionali e la manutenzione periodica sono inefficienti, ritardando la rilevazione di potenziali guasti. Gli sforzi di manutenzione sono afflitti da costi elevati, difficoltà operative e problemi nella localizzazione dei guasti. Questo è diventato un collo di bottiglia che limita l'efficienza, la sicurezza e la stabilità della rete. Pertanto, è imperativo avanzare negli aggiornamenti delle apparecchiature e integrare profondamente metodi di manutenzione intelligenti.

2. Soluzione: Strategia dualistica per l'aggiornamento delle apparecchiature e la manutenzione intelligente
Questa proposta adotta una strategia che combina "Aggiornamenti hardware" e "Potenziamento software" per migliorare in modo complessivo le prestazioni, la affidabilità e l'efficienza della manutenzione dei trasformatori di trasmissione attraverso il dispiegamento sistematico di nuove tecnologie.

2.1 Aggiornamenti delle apparecchiature chiave

Promuovere i cambiatori di rapporto a carico (OLTC): Sostituire gradualmente i trasformatori a tappo fisso invecchiati o non intelligenti. Gli OLTC regolano automaticamente i rapporti di tensione in tempo reale durante l'operazione, rispondendo alle fluttuazioni della rete. Questo migliora significativamente la stabilità e la qualità della tensione, supera i trasformatori tradizionali nella gestione delle variazioni del carico e dell'integrazione di energie rinnovabili, e riduce i rischi di danni all'apparecchiatura o di disconnessione del carico a causa dell'instabilità della tensione.
Applicare l'impianto di commutazione isolato a gas (GIS): Prioritizzare il GIS rispetto all'impianto di commutazione isolato ad aria (AIS) nei progetti nuovi o di riconversione. Il GIS integra interruttori, disgiuntori, interruttori di terra, trasformatori e parafulmini in involucri metallici sigillati riempiti con gas isolante. I vantaggi chiave includono:

Risparmio spaziale: Occupa solo il 10%-30% della superficie occupata dall'AIS, ottimizzando l'uso del terreno nelle sottostazioni - ideale per centri urbani, aree con limiti di spazio o strutture sotterranee.
Resilienza ambientale: La costruzione sigillata protegge contro polvere, umidità, nebbia salina e inquinamento, minimizzando i rischi di guasti esterni e adattandosi a climi aspri.
Alta affidabilità e sicurezza: Riduce significativamente i rischi di archi elettrici ed esplosioni; i tassi di guasto sono molto inferiori all'AIS. I carichi di lavoro di manutenzione diminuiscono, aumentando la sicurezza del personale e delle apparecchiature.
Basso rumore e EMI: Lo scudo metallico minimizza il rumore operativo e l'interferenza elettromagnetica, riducendo l'impatto ambientale.

2.2 Sistema di monitoraggio intelligente delle condizioni

Monitoraggio online dell'analisi dei gas disciolti (DGA): Serve come strato di sensore critico. Analizzatori in tempo reale installati nei circuiti d'olio monitorano continuamente le concentrazioni e le tendenze dei gas disciolti (H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, CO, CO₂).

Valore: I tipi di gas, le concentrazioni e i tassi di generazione servono come "impronte digitali" sensibili che riflettono i guasti latenti (ad esempio, decomposizione termica, scariche parziali/arco, sovrariscaldamento dell'olio). Utilizzando modelli analitici (ad esempio, Triangolo Duval, Rapporti Rogers), il sistema valuta automaticamente la salute, consentendo avvisi precisi e tempestivi sui guasti (ad esempio, sovrariscaldamento degli avvolgimenti, guasti di messa a massa del nucleo, degradazione dell'isolamento), passando da riparazioni reattive a manutenzione predittiva per prevenire guasti catastrofici.

2.3 Gestione intelligente della manutenzione guidata dall'IA

Piattaforma di dati unificata: Integra dati multi-sorgente (DGA, scariche parziali, corrente del nucleo, temperatura/livello dell'olio, perdite dei candelieri), registri delle apparecchiature, storia della manutenzione e dati operativi (carico, tensione, temperatura ambiente) per creare un gemello digitale del trasformatore.
Analisi di Big Data: Utilizza la data mining per correlare i dati di monitoraggio con gli stati delle apparecchiature, stabilendo modelli di base e identificando anomalie (soprattutto nei parametri DGA).
Diagnosi e decision-making guidati dall'IA:

Diagnosi e localizzazione dei guasti: Algoritmi di ML (ad esempio, DNN, SVM, Random Forest) apprendono dai guasti storici e dalla conoscenza degli esperti. Combinati con i dati in tempo reale, i modelli identificano intelligentemente i tipi di guasto (ad esempio, termici vs. elettrici) e localizzano le origini (ad esempio, avvolgimenti, nucleo, cambiatori di rapporto), facilitando la risoluzione rapida dei problemi.
Valutazione dello stato di salute e previsione della durata utile: L'IA sintetizza i dati multidimensionali per quantificare i punteggi di salute (ad esempio, Indice di Salute) e prevedere la durata utile rimanente, guidando le decisioni di sostituzione.
Avvisi di rischio e ottimizzazione della manutenzione: I sistemi valutano automaticamente i livelli di rischio e emettono avvisi. Gli algoritmi di ottimizzazione raccomandano strategie di manutenzione personalizzate (ad esempio, pianificazione degli interventi, priorità dei compiti) in base al rischio, alla criticità e alle risorse. I guasti confermati attivano protocolli di riparazione automatizzati.
Base di conoscenze esperte: Grafici di conoscenza e sistemi esperti incorporati strutturano la competenza del dominio e gli standard, supportando decisioni AI esplicative e aumentando la credibilità.

3. Benefici attesi

Aumento dell'intelligenza: Combina hardware intelligente (regolazione automatica OLTC), sensori e IA per abilitare "autopercezione, autodiagnosi, autodecisione, auto-ottimizzazione."
Miglioramento della affidabilità: Maggiore affidabilità intrinseca del GIS/OLTC; il monitoraggio IA riduce le interruzioni impreviste anticipando i guasti.
Aumento della sicurezza: Il design GIS e il monitoraggio intelligente riducono i rischi di esplosione/incendio; l'intervento precoce sui guasti prevenziona incidenti.
Riduzione dei costi di manutenzione: Riduce la frequenza delle ispezioni manuali; la manutenzione basata sullo stato evita la sovra- o sotto-manutenzione e ottimizza le risorse/spare parts; misure preventive riducono le spese di riparazione.
Efficienza delle risorse: Il GIS risparmia terreno; la manutenzione intelligente aumenta l'utilizzo delle apparecchiature/personale.
Prolungamento della durata utile: La gestione proattiva della salute rallenta l'invecchiamento dell'isolamento e il declino delle prestazioni, prolungando la vita utile.

4. Raccomandazioni per l'implementazione

Implementazione in fasi: Prioritizzare le apparecchiature invecchiate, le sottostazioni critiche e i centri di carico urbani.
Standardizzazione prima: Sviluppare specifiche uniformi per la selezione delle apparecchiature, l'installazione dei sensori, i protocolli dei dati, le interfacce della piattaforma e la modellazione IA.
Integrazione dei dati: Rompere i silos consolidando i dati di monitoraggio e gestione su una piattaforma unificata.
Trasformazione della forza lavoro: Formare il personale nel monitoraggio intelligente, nell'analisi dei dati e nella diagnosi IA per passare a un approccio guidato dai dati e alla collaborazione uomo-IA.
Miglioramento continuo: Raffinare iterativamente i modelli IA e le strategie utilizzando i feedback operativi.