Электротехнический-портал.рф

...для студентов ВУЗов электротехнических специальностей и инженеров

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Главная Статьи, обзоры Цифровизация в трансформации
Среда, 17 Июня 2020 20:43

Цифровизация в трансформации

Оцените материал
(1 Голосовать)

ЦИФРОВИЗАЦИЯ В ТРАНСФОРМАЦИИ

Статья посвящена вопросам мониторинга технического состояния энергоэффективных распределительных трансформаторов в рамках цифровой парадигмы. Проанализирован общий перечень контролируемых параметров трансформаторов и рассмотрены конкретные аппаратные средства для реализации цифровой парадигмы применительно к трансформаторам.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня развитие электроэнергетики определяется фактором объединения электросетевой и информационной инфраструктуры. При этом цифровые технологии однозначно изменяют  электрораспределительный комплекс. Трендом этих изменений является создание, в конечном счете, интеллектуальных («умных») электрических сетей. Умные электрические сети позволяют решить три главных задачи:

1) объединение в единую энергетическую систему самые разнородные объекты генерации независимо также и от разделяющего их расстояния;

2) обеспечение непрерывного контроля состояния оборудования, распределения и перераспределения электроэнергии;

3) реализация реверса электроэнергии (потребление при нехватке – отдача при избытке).

Но цифровизация должна идти рука об руку с внедрением энергоэффективного оборудования и с решением проблем информационной безопасности «умных» трансформаторных подстанций, потому что в рамках новой парадигмы развития подстанционного комплекса логично и применение нового поколения силовых трансформаторов, какими являются энергоэффективные распределительные  трансформаторы.

В настоящей статье обсуждаются вопросы мониторинга технического состояния энергоэффективных распределительных трансформаторов (номинальной мощностью до 2500 кВА) в плане их интегрирования в цифровую подстанцию (ЦПС). Тема актуальна потому, что ЦПС является частью активно-адаптивной (интеллектуальной) электрораспределительной сети в системах контроля, защиты и управления которой при передаче информации используется цифровой формат [1]. Трансформатор, в свою очередь, также является частью ЦПС, к тому же, основной её частью. Так как энергоэффективный распределительный трансформатор имеет более высокую цену, то сохранение его работоспособности в течение всего нормативного срока эксплуатации является крайне важной задачей. Решить эту задачу без мониторинга состояния трансформатора – невозможно.

Мониторинг состояния силового трансформатора, как составная часть обеспечения его надежности, предусмотрен всеми нормативными документами (в частности, Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП, глава 2.1)), касающимися эксплуатации. И в классическом варианте мониторинг предусматривает использование любых методов оценки  (измерения) рабочих параметров трансформатора, а именно: аналоговые количественные измерения, визуальные интервальные измерения (например, уровень масла), вплоть до таких примитивных и субъективных как аудио- и зрительный контроль «на глазок» (загрязненность, шум при работе).

Необходимо отметить и еще один очень важный момент. Многие авторы полагают, что мониторинг состояния трансформатора целесообразен только для трансформаторов IV – VIII габарита [2]. Однако если речь идет о новой парадигме в развитии подстанционного комплекса, о цифровых подстанциях, а тем более о применении энергоэффективного трансформаторного оборудования, то мониторинг должен стать должен охватывать все трансформаторы, независимо от габарита трансформатора.

Цифровизация мониторинга – это в конечном итоге получения потока цифровой информации, которая количественно и объективно отражает состояния трансформатора. Такой поток интегрируется и преобразуется в ходе дальнейшей обработки в управленческие решения, касающиеся всей электрораспределительной системы. Следовательно, при рассмотрении проблем мониторинга параметров силового трансформатора в рамках «цифровой» парадигмы должна быть предусмотрена совместимость протоколов диагностических приборов с протоколами всей системы цифровой энергетики. Наиболее целесообразными решениями для диагностических приборов являются такие решения, которые  при выполнении первичных основных измерений параметров электросети  формируют цифровой информационный поток, передаваемый по оптоволоконным кабелям в систему управления.

В наиболее общем случае контролю и управлению должны быть подвергнуты следующие параметры и системы энергоэффективного распределительного трансформатора:

  • напряжения и токи ВН и НН;
  • мощности (активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, коэффициент мощности);
  • перегрузки и перенапряжения трансформатора;
  • температуры наиболее нагретых точек;
  • состояние и управление системой охлаждения;
  • содержание газов в трансформаторном масле  бака трансформатора (водород, окись и двуокись углерода, ацетилен);
  • влагосодержание в масле;
  • содержание газов в трансформаторном масле  бака РПН (водород, окись и двуокись углерода);
  • механическое состояние бака масляного трансформатора;
  • параметры окружающей среды;
  • положения и состояния РПН;
  • состояние системы аварийной сигнализации.

Обработанные данные должны быть интегрированы в два информационных пула и обеспечивать проведение самодиагностики системы мониторинга трансформатора.

Первый информационный пул – это экспертные оценки технического состояния силового трансформатора и прогнозы этого состояния.

Второй информационный пул – это формирование БД (базы данных) мониторинга.

Современные системы мониторинга основаны на достижениях в области создания соответствующего диагностического оборудования: для контроля параметров тока и напряжения, газового анализа, температурного контроля.

Мониторинг параметров тока и напряжения

Диагностическими приборами, которые в полной мере соответствуют требованиям интеграции в архитектуру цифровой подстанции, являются волоконно-оптические датчики тока и напряжения [3]. Общий вид такого датчика представлен на рис. 1 [4].

 

 

Рис. 1.  Волоконно-оптический датчик тока.

 

Мониторинг содержания влаги и газов

 

Одной из инновационных систем контроля растворенных в трансформаторном масле газов и влаги является SmartDGA [5]. Схема анализа представлена на рис. 2.

 

 

Рис. 2.  Принципиальная схема инновационной системы  анализа SmartDGA.

 

Упрощенно технологию SmartDGA можно описать следующими процессами. Собранный в газовую ячейку газ облучается инфракрасным излучением. Далее фильтр выделяет поддиапазон поглощения выбранного для анализа газа. Сигнал с детектора соответствует (пропорционален) поглощенному количеству энергии выбранного газа, и он преобразуется в уровень концентрации газа.

 

Мониторинг механического состояния трансформатора

 

Механическое состояние трансформатора – это прежде всего характеристика усилия  осевой прессовки обмоток, которое  определяет динамическую стойкость обмоток к токам КЗ, возникающих в аварийных режимах [6].

При эксплуатации усилие прессовки ослабевает, и контролировать его необходимо для обеспечения надежной работы трансформатора.

Контроль осуществляется виброметрами. Схема расположения датчиков показана на рис. 3.

 

Рис. 3. Схема расположения вибродатчиков.

 

Мониторинг теплового состояния трансформатора

 

Известно несколько принципов измерения температуры с помощью оптического волокна. Один из них основан на использовании люминесценции кристаллов АИГ (флюорооптическая технология) [7]. Здесь на конце оптоволокна расположен датчик, который является термочувствительным и при этом фосфоресцирует. Световые импульсы красного спектра, передаваемые по оптоволокну, возбуждают датчик и заставляют его фосфоресцировать. Обратная пропорциональность времени затухания фосфоресценции температуре датчика позволяет определять температуру.

Схема расположения термодатчиков приведена на рис. 4.

 

Рис. 4. Схема расположения температурных датчиков.

Комплексная система мониторинга состояния трансформатора

 

Все вышеперечисленные подсистемы объединяются в комплексную систему мониторинга технического состояния трансформатора, которая в свою очередь интегрируется в программно-технический цифровой подстанции.

Сравнительное построение структуры классической и цифровой подстанций приведено на рис. 5.

 

Рис. 5. Сравнение структурных схем классической и цифровой подстанций.

 

Выводы

Новая, цифровая, парадигма российской энергетики влечет за собой инновационное развитие всех ее компонентов, в том числе и распределительных подстанций.

Цифровизация трансформации – это комплексное внедрение и инновационного  трансформаторного оборудования, и внедрение инновационных систем его мониторинга.

Безусловно, стоимость такого оборудования значительно выше существующего. Но синэргия от таких инноваций приведет к качественному скачку уровня жизни.

 

Выражаю искреннюю благодарность ведущим специалистам ООО «Трансформер» к.т.н. Печенкину В.И.  и к.т.н. Стулову А.В. (г. Подольск), главному конструктору ООО «Трансформер» Трофимовичу И.А. за предоставленные материалы и за конструктивное обсуждение данной статьи.

 

Автор статьи: Ю.М. Савинцев, к.т.н., независимый эксперт

 

По любым вопросам можно связаться с автором по адресу: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

 

 

Список литературы

 

  1. Новая парадигма «цифровой подстанции». [Электронный ресурс]. URL:  https://www.to-inform.ru/index.php/arkhiv/item/novaya-paradigma (дата обращения 20.11.2019).
  2. Зарубежный опыт мониторинга состояния маслонаполненного оборудования. [Электронный ресурс]. URL: https://megaom.ucoz.ru/nornativ/vv_oborudovanie/statja_zarubezhnyj_opyt_monitoringa_oborudovanija.pdf (Дата обращения 20.11.2019).
  3. Оптические трансформаторы и преобразователи тока. Принципы работы, устройство, характеристики. [Электронный ресурс]. URL: http://news.elteh.ru/arh/2009/59/05.php
  4. Вся правда об оптических трансформаторах. [Электронный ресурс]. URL: http://digitalsubstation.com/blog/2017/08/23/vsya-pravda-ob-opticheskih-transformatorah-chast-1/ (Дата обращения 20.10.2019).
  5. Новая система онлайн-мониторинга газов/влаги в трансформаторах и РПН. [Электронный ресурс]. URL:  http://smartdga.ru/ (Дата обращения 20.10.2019).
  6. Вибрационная диагностика как способ оценки технического состояния трансформаторов. [Электронный ресурс]. URL:  https://sibac.info/conf/tech/xxi/32878 (Дата обращения 20.11.2019)
  7. Система температурного контроля силовых трансформаторов. [Электронный ресурс]. URL:   https://www.sedatec.org/resheniya/sistema-temperaturnogo-kontrolya-silovykh-transformatorov-stkt/ (Дата обращения 20.11.2019)
Прочитано 1156 раз Последнее изменение Четверг, 18 Июня 2020 00:18

Основное меню

Авторизация


© 2021 Электротехнический портал. Все права защищены.

Яндекс.Метрика