Exploring the impact of on-line monitoring systems on synchronous power reactive compensator groups in the Italian EHV transmission grid

This thesis analyzes the role of online monitoring applied to the 'main components' installed in synchronous compensator systems connected to the Italian Extra High Voltage (EHV) transmission network, with particular attention to the effectiveness of monitoring technologies applied to the main High and Medium Voltage (HV/MV) components. The thesis examines the current state of monitoring systems, highlighting recent developments in predictive maintenance and anomaly detection in EHV systems. The literature review, although specific academic studies on the integration of online monitoring in synchronous compensation systems are limited, has highlighted several relevant findings. There are some recommendations for improving monitoring systems, emphasizing the importance of comprehensive coverage of the main HV/MV devices, as well as the need for rigorous real-time health assessment. Monitoring and diagnostics generally aim at two fields of application: the detection of incipient faults and the exploitation of useful life. The detection of incipient faults is primarily of interest to further reduce the failure rate, minimizing downtime as much as possible; indeed, a fault occurring during equipment operation causes longer downtime and higher costs for repair and replacement compared to a scheduled intervention. With this system, an improvement in the reliability and availability of the station can be achieved. The exploitation of useful life is of interest as it allows for better long-term performance from the equipment, often with a much longer useful life than expected. Through monitoring and diagnostics, it is possible to obtain a qualified assessment of the data obtained, allowing for an extension of the equipment's useful life and more intensive exploitation, resulting in investment cost savings, i.e., reduction of life cycle costs (LCC). The result strongly depends on the capabilities of the systems, particularly the sensitivity in detecting critical defects and the accuracy of the analysis systems. For the optimization of the analysis process, experiences gained over time in fault and construction defect analysis are utilized. An additional advantage of online monitoring systems lies in the possibility of 'analyzing the component' in its normal operating state, for example, with insulations subjected to the nominal electric field, etc., resulting in greater reliability. In conclusion, online monitoring technologies represent a significant advancement for the maintenance and efficiency of HV electrical systems and, in particular, synchronous compensator plants, compared to previous practices. Thanks to the ability to provide continuous and detailed monitoring, these systems enable more effective management of critical components, improving operational safety and long-term sustainability.

Questa tesi analizza il ruolo del monitoraggio online applicato ai ‘main components’ installati nei sistemi compensatori sincroni connessi alla rete elettrica di trasmissione ad altissima tensione (EHV) italiana, con particolare attenzione all'efficacia delle tecnologie di monitoraggio applicate ai principali componenti ad alta e media tensione (HV/MV). La tesi esamina lo stato attuale dei sistemi di monitoraggio, evidenziando i recenti sviluppi nell'ambito della manutenzione predittiva e del rilevamento delle anomalie nei sistemi EHV. La revisione della letteratura, sebbene gli studi accademici specifici sull'integrazione del monitoraggio online nei sistemi di compensazione sincrona siano limitati, ha evidenziato diversi risultati rilevanti. Esistono alcune raccomandazioni per il miglioramento dei sistemi di monitoraggio, che sottolineano l'importanza di una copertura completa dei principali dispositivi HV/MV, nonché la necessità di una valutazione rigorosa del loro stato di salute in tempo reale. Il monitoraggio e la diagnostica mirano generalmente a due campi di applicazione: il rilevamento di guasti incipienti e lo sfruttamento della vita utile. Il rilevamento di guasti incipienti è principalmente di interesse per ridurre ulteriormente il tasso di guasto, diminuendo il più possibile il tempo di inattività; infatti un guasto che si verifica durante il funzionamento dell'apparecchiatura causa un tempo di inattività più lungo e costi superiori per la riparazione e la sostituzione, rispetto a un intervento programmato Con questo sistema si può ottenere un miglioramento dell'affidabilità e della disponibilità della stazione. Lo sfruttamento della vita utile è di interesse poiché consente di ottenere dall'apparecchiatura una prestazione a lungo termine migliore, con una vita utile spesso molto più lunga del previsto. Attraverso il monitoraggio e la diagnostica è infatti possibile una valutazione qualificata dei dati ottenuti, in modo da permettere una estensione della vita utile dell'apparecchiatura ed avere uno sfruttamento più intensivo, con conseguenti risparmi nei costi di investimento, cioè riduzione dei costi del ciclo di vita (LCC). Il risultato dipende fortemente dalla capacità dei sistemi, in particolare dalla sensibilità nel rilevare difetti critici e dalla precisione dei sistemi di analisi. Per l’ottimizzazione del processo di analisi si sfruttano le esperienze maturate nel tempo nell’analisi dei guasti e dei difetti di costruzione. Un ulteriore vantaggio dei sistemi di monitoraggio online risiede nella possibilità di ‘analizzare il componente’ nel suo normale stato operativo, quindi per esempio con gli isolamenti sottoposti al campo elettrico nominale, ecc. e il risultato è una maggiore affidabilità. In conclusione, le tecnologie di monitoraggio online rappresentano un progresso importante per il mantenimento e l'efficienza dei Sistemi elettrici HV e in particolare degli impianti Compensatori Sincroni, rispetto alle pratiche precedenti. Grazie alla capacità di fornire un monitoraggio continuo e dettagliato, questi sistemi consentono una gestione più efficace dei componenti critici, migliorando la sicurezza operativa e la sostenibilità a lungo termine.