Guasti di grandi trasformatori di potenza: diagnosi e analisi (100 MVA, 132/22 kV) – Parte 3

1. Perché i guasti ai trasformatori sono importanti nei sistemi ad alta-tensione

 

 

Trasformatori di potenza da 100 MVA 132 kVsono stati consegnati da Scotech Electrical alla Malesia nel dicembre 2025 per un progetto di data center TikTok. Questo articolo, preparato da Scotech, è progettato specificamente per ingegneri, operatori e decisori-che si occupano di guasti di grandi trasformatori di potenza in apparecchiature di classe 100 MVA, concentrandosi sulla diagnosi dei guasti dei trasformatori nel mondo reale-, sulla risoluzione dei problemi dei trasformatori, sul comportamento di protezione e sull'analisi dei guasti dei trasformatori. Riferimenti correlati per il contesto della fase di installazione:Guida all'elenco di controllo pre-installazione

I trasformatori di potenza di grandi dimensioni, come le unità da 100 MVA 132/22 kV, sono componenti critici dell'infrastruttura. I guasti ai trasformatori di alimentazione in tali sistemi possono avere conseguenze a livello di sistema-, tra cui interruzioni di corrente, tempi di inattività del data center e gravi danni alle apparecchiature. In casi estremi, i guasti possono comportare rischi di incendio, guasti elettrici, condizioni di sovraccarico termico, rottura dell'isolamento e difetti meccanici nella parte attiva del trasformatore.

Questo articolo spiega come identificare, analizzare e rispondere alle tipiche modalità di guasto del trasformatore in base a segnali di protezione reali e pratiche operative sul campo.

2. Tipi comuni di guasti al trasformatore

 

I guasti dei trasformatori possono essere raggruppati in quattro ambiti tecnici principali per l'analisi dei guasti dei trasformatori e il rilevamento dei guasti dei trasformatori.

2.1 Guasti elettrici interni

Questi guasti sono generalmente gravi e richiedono una risoluzione immediata dei problemi del trasformatore.

Le cause tipiche includono:

• Cortocircuito dell'avvolgimento (inter-giro o fase-a-fase)
• Difetti di messa a terra del nucleo
• Scarico parziale all'interno del sistema di isolamento

Questi sono strettamente correlati alle cause di guasto del trasformatore di potenza e vengono spesso rilevati dai sistemi di protezione differenziale.

2.2 Guasti termici

2.3 Guasti di isolamento

Il degrado dell'isolamento è uno dei meccanismi di guasto a lungo termine-più comuni nella diagnosi dei guasti dei trasformatori.

Cause tipiche:

• Invecchiamento della carta-oleata
• Ingresso di umidità
• Accumulo di stress elettrico

Queste condizioni spesso portano ad allarmi di rilevamento guasti del trasformatore tramite i sistemi DGA.

2.4 Difetti meccanici e strutturali

I problemi meccanici sono spesso causati dal trasporto, dalle vibrazioni o dal funzionamento a lungo termine.

Esempi:

• Spostamento dell'avvolgimento
• Allentamento del serraggio
• Anomalie delle vibrazioni strutturali

Queste fanno anche parte delle modalità di guasto del trasformatore osservate nella risoluzione dei problemi del trasformatore sul campo.

3. Diagnosi dei guasti del trasformatore basata sulla protezione-

 

I sistemi di protezione rappresentano il primo e più critico livello di difesa nella diagnosi dei guasti dei trasformatori. Quando si verifica un segnale di protezione, i tecnici devono determinare se si tratta di un guasto interno o esterno.

3.1 Funzionamento della protezione differenziale

Quando è in funzione la protezione differenziale del trasformatore, viene generalmente considerata un'indicazione di guasto interno ad alta-confidenza.

Le cause tipiche includono:

• Guasto tra-giro o fase-a-fase dell'avvolgimento
• Grave rottura dell'isolamento all'interno del serbatoio del trasformatore
• Messa a terra del nucleo o corrente di circolazione anomala del nucleo

Nella maggior parte dei trasformatori di potenza di grandi dimensioni (come le unità da 100 MVA utilizzate nelle sottostazioni dei data center), il funzionamento della protezione differenziale viene trattato come una condizione di arresto critica.

 

Logica di risposta sul campo:

• Verificare la coerenza del segnale di protezione (relè + sistema di monitoraggio)
• Verifica la presenza di prove di cortocircuito-esterno (per escludere errori di coordinazione)
• Controllare eventuali perdite d'olio, deformazioni o rumori anomali
• Esaminare le registrazioni dei guasti e i dati della forma d'onda

Nella maggior parte dei casi è necessario l'isolamento immediato del trasformatore.

3.2 Relè Buchholz (relè gas)

Il relè Buchholz è un dispositivo di protezione fondamentale per trasformatori immersi in olio-, progettato per rilevare i guasti interni in una fase iniziale attraverso l'accumulo di gas e il comportamento del flusso dell'olio.

Per le condizioni di allarme gas leggero, le azioni diagnostiche sul campo in genere includono la raccolta di un campione di gas per l'analisi della composizione, l'esecuzione dell'analisi dei gas disciolti (DGA) e il controllo dell'andamento del livello dell'olio e della temperatura per valutare se la condizione anomala si sta sviluppando o è stabile.

 

Per condizioni di intervento gravoso del gas, si consiglia vivamente l'arresto immediato del trasformatore. Dopo l'isolamento, è necessario eseguire un DGA dettagliato, ispezionare la camera del relè per rilevare eventuali accumuli di gas o comportamenti meccanici anomali e analizzare attentamente la composizione del gas di guasto per determinare il tipo e la gravità del guasto interno.

 

3.3 Dispositivo di limitazione della pressione (PRD)

Il dispositivo di limitazione della pressione entra in funzione quando la pressione interna del serbatoio aumenta rapidamente oltre i limiti di sicurezza di progettazione. Questa condizione è generalmente associata a guasti interni ad alta-energia, come guasti da arco interno, cortocircuiti di avvolgimenti o conduttori oppure rapida decomposizione dell'olio che genera un grande volume di gas.

Da un punto di vista ingegneristico, il funzionamento del PRD è solitamente un forte indicatore di un grave guasto interno del trasformatore, in particolare nelle unità MVA di grandi dimensioni in cui il rilascio di energia dovuta al guasto è significativo.

 

Nella pratica sul campo, l'evento dovrebbe essere trattato come un potenziale fallimento critico. È necessario verificare se sono entrati in funzione anche altri sistemi di protezione, come la protezione differenziale o il relè Buchholz, e ispezionare il trasformatore per rilevare eventuali segni di scarico di olio, deformazione del serbatoio o stress meccanico. È necessario predisporre l'arresto immediato e l'isolamento elettrico per prevenire ulteriori danni o rischi per la sicurezza.

4. Scenari di guasto tipici e risoluzione dei problemi sul campo

 

4.1 Incendio del trasformatore

L’incendio del trasformatore è una delle condizioni di emergenza più critiche nei sistemi di alimentazione. Potrebbe essere innescato da guasti interni di cortocircuito-con innesco dell'arco, accensione esterna di olio isolante fuoriuscito o gravi guasti alle boccole e ai terminali che portano ad archi prolungati.

In pratica, gli eventi di incendio dei trasformatori devono essere trattati come emergenze-dell'intero sistema. È necessario l'isolamento immediato di tutti i lati del trasformatore, seguito dalla disconnessione dell'alimentazione ausiliaria al sistema di raffreddamento. I sistemi antincendio come spray o iniezione di azoto dovrebbero essere attivati ​​senza indugio per controllare la propagazione delle fiamme. Particolare attenzione deve essere prestata alla prevenzione della propagazione del fuoco alle apparecchiature adiacenti. Nei casi più gravi, è possibile valutare il drenaggio controllato dell'olio in base alla localizzazione dell'incendio e al rischio strutturale.

 

4.2 Guasto o esplosione della boccola

 

4.3 Guasto del sistema di raffreddamento

Il guasto del sistema di raffreddamento influisce direttamente sulla stabilità termica degli avvolgimenti del trasformatore e dell'olio isolante. Quando le prestazioni di raffreddamento vengono ridotte o perse, la temperatura dell'olio aumenta rapidamente, l'invecchiamento dell'isolamento accelera e in condizioni di carico elevato può verificarsi un'instabilità termica.

La risposta sul campo dovrebbe innanzitutto verificare l'alimentazione del sistema di raffreddamento e lo stato di ridondanza, quindi confermare il funzionamento della ventola e della pompa e monitorare continuamente le tendenze della temperatura dell'avvolgimento. Se entrambi i sistemi di raffreddamento si guastano mentre il carico rimane elevato, è necessario prendere in considerazione il trasferimento o lo spegnimento immediato del carico per evitare il surriscaldamento del trasformatore.

 

4.4 Rumore anomalo

Il comportamento acustico del trasformatore è un importante indicatore diagnostico non-invasivo. I cambiamenti nei modelli sonori spesso riflettono anomalie elettriche o meccaniche interne.

Un aumento continuo del ronzio è solitamente associato a sovraccarico o fluttuazione di tensione. I crepitii o gli scoppiettii possono indicare un'attività di scarica parziale, mentre i suoni simili a quelli di ebollizione-sono spesso correlati al surriscaldamento dell'isolamento o alla contaminazione da umidità. Il rumore meccanico irregolare può suggerire un allentamento del nucleo o problemi di vibrazione strutturale.

Il monitoraggio acustico è ampiamente utilizzato nella diagnosi dei guasti dei trasformatori come metodo di allarme preventivo prima che si verifichi un guasto elettrico.

 

4.5 Aumento anomalo della temperatura dell'olio

L'andamento della temperatura dell'olio deve essere sempre analizzato insieme alle condizioni di carico, alla temperatura ambiente e alle prestazioni del sistema di raffreddamento. Un aumento graduale della temperatura indica solitamente un sovraccarico o una ridotta efficienza di raffreddamento, mentre un rapido aumento della temperatura può suggerire un'attività di guasto interno o un grave guasto del sistema di raffreddamento.

Il monitoraggio continuo e il confronto delle tendenze sono essenziali nella pratica di risoluzione dei problemi dei trasformatori per distinguere tra stress operativo e sviluppo di condizioni di guasto.

 

4.6 Anomalia del livello dell'olio

 

4.7 Perdite dalla boccola e scarico parziale

La scarica parziale è un tipico precursore del deterioramento dell'isolamento nei sistemi ad alta-tensione ed è strettamente correlata ai meccanismi di guasto delle boccole. Può apparire come una corona superficiale, un rumore di scarica udibile o segnali di rilevamento UV.

Inoltre, l'analisi dei gas disciolti (DGA) spesso mostra tendenze anomale durante la fase iniziale-del degrado dell'isolamento.

Gli indicatori di supporto tipici includono:

• Segnali di rilevamento UV o infrarossi
• Aumento dei principali gas DGA
• Tracce di riscaldamento localizzato o di scarica superficiale

Questa condizione indica un progressivo guasto dell'isolamento e può evolvere in un guasto completo se non gestita correttamente.

 

5. Analisi dei gas disciolti (DGA) per la diagnosi dei guasti

 

L'analisi dei gas disciolti (DGA) è uno degli strumenti più importanti per il rilevamento dei guasti dei trasformatori e l'analisi dei guasti dei trasformatori. Fornisce informazioni dettagliate sui tipi di guasti elettrici e termici interni in base alla composizione del gas nell'olio isolante.

Gas chiave e interpretazione

L'analisi del trend DGA è più importante delle misurazioni-di un singolo punto, poiché il rapido tasso di crescita del gas spesso indica la progressione attiva della faglia.

 

6. Condizioni che richiedono l'arresto immediato

 

Un trasformatore deve essere immediatamente messo fuori servizio se si verifica una delle seguenti condizioni:

Queste condizioni indicano un'elevata probabilità di guasto interno grave e richiedono l'isolamento immediato del sistema del trasformatore.

 

7. Considerazioni sull'ispezione e sulla manutenzione del trasformatore

 

In condizioni di guasto gravi, potrebbe essere necessaria un'ispezione interna per determinare la causa principale. Questo processo deve essere eseguito in condizioni ambientali controllate, tra cui umidità limitata, ambiente di lavoro pulito e rigorose procedure di messa a terra.

L'ispezione include generalmente la valutazione dello spostamento dell'avvolgimento, delle condizioni del nucleo, la misurazione della resistenza di isolamento e l'identificazione di corpi estranei o deformazioni meccaniche all'interno del serbatoio.

 

8. Considerazioni ambientali e sul ciclo di vita

 

Durante tutto il ciclo di vita del trasformatore, la manutenzione regolare svolge un ruolo fondamentale nel garantire la stabilità operativa. Rumore, emissioni e olio isolante devono essere conformi ai requisiti normativi, mentre i trasformatori a fine vita--devono essere adeguatamente riciclati attraverso processi certificati per prevenire l'impatto ambientale.

 

9. Avanzamento dell'installazione del progetto

 

10. Conclusione: dal rilevamento dei guasti all'affidabilità del sistema

 

I guasti dei trasformatori non possono essere completamente eliminati, ma possono essere controllati efficacemente attraverso un'adeguata interpretazione del sistema di protezione, il monitoraggio DGA, l'analisi termica e una strategia di manutenzione strutturata.

Per le applicazioni ad alta-tensione e nei data center, l'affidabilità del trasformatore determina direttamente la continuità del sistema, rendendo la diagnosi dei guasti e la manutenzione preventiva componenti essenziali della sicurezza operativa.