Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Приборы мониторинга силовых трансформаторов

26 июня 2013 г. в 15:20

О необходимости мониторинга

Силовые трансформаторы являются важным и капиталоемким оборудованием энергетических систем. Существует большое количество типов силовых трансформаторов в зависимости от назначения и условий работы. Но не зависимо от конструкции и условий эксплуатации, «болезни» у них, как правило, общие. Повреждения или отклонения от нормального режима работы трансформатора могут быть вызваны различными причинами. В большинстве случаев повреждение происходит не сразу, а после более или менее длительного воздействия неблагоприятного фактора.

На сегодняшний день наиболее эффективным средством повышения надежности работы трансформаторного оборудования является внедрение методов и средств оперативной диагностики [1], [2], [3], [4].

Мониторинг параметров трансформаторного оборудования в реальном масштабе времени позволяет получить ряд возможностей:

  • сменить технологию обслуживания (не периодически, а по данным измерения контролируемых параметров)
  • управлять системой охлаждения;
  • контролировать нагрузку и, как следствие, управлять ресурсом;
  • оценивать предаварийные и аварийные состояния с выдачей команд и т.д.

Основная задача:

Задачей, которую ставят перед собой разработчики приборов мониторинга является создание совместно с разработчиками трансформаторного оборудования комплекта приборов контроля и управления не отягощенного избыточными функциями, в том числе сервисными и, как следствие, с оптимальными функциональными и стоимостными характеристиками (ПРИЛОЖЕНИЯ А и Б).

При создании блоков и приборов температурного мониторинга сухих трансформаторов основной задачей была реализация устройств, которые могли бы обеспечить первичную обработку снимаемой информации о температуре в непосредственной близости от места ее съема (от датчика) [5]. Такой подход (размещение прибора на кожухе трансформатора), как правило, дает возможность обеспечить надежность и достоверность обработки информации, исключить влияние помех (т.к. передача выходной информации осуществляется релейными командами и по помехозащищенным кодовым линиям связи). Когда приходится переносить средства обеспечения помехозащищенности на вход монитора, это иногда приводит к неожиданным последствиям.

Случай из практики

Верх-Исетский металлургический завод. Трансформатор производства «Росэнерготранс» был отключен прибором Т154 (производства Италии). При повторном включении оперативный персонал наблюдал быстрый рост показаний температуры по одному из каналов с последующим отключением трансформатора.

Исследование показало, что при прогреве трансформатора терялся контакт в промежуточном клемнике датчика температуры, а фильтр на входе прибора превращал ступенчатое изменение сопротивления датчика в плавное. Алгоритм контроля исправности датчиков срабатывал после срабатывания алгоритма тепловой защиты.

Однако размещение прибора на кожухе трансформатора накладывает дополнительные требования к конструкции и схемотехнике приборов, которые должны обеспечить работоспособность в тяжелых климатических условиях (особенно для трансформаторов, устанавливаемых на открытых площадках). Это и пылевлагозащищенный корпус, встроенный подогрев, сальниковые вводы, специальная элементная база с расширенным температурным диапазоном. Работоспособность при повышенной температуре окружающей среды, обусловленной рабочим нагревом трансформатора, обеспечивается накладным размещением прибора на кожухе трансформатора. Некоторые производители трансформаторов игнорируют этот вопрос и врезают приборы щитового исполнения в кожух трансформатора подвергая прибор дополнительному нагреву. У разработчиков электроники существует эмпирическая формула – превышение температуры над нормальной на 10 градусов сокращает ресурс вдвое. Хватит ли ресурса прибора поставленного в тяжелые температурные условия на срок службы трансформатора неизвестно.

Требованиям размещения на кожухе трансформатора отвечают разработанные нами блоки БКТ-2, БКТ-3. С 2000 г. их изготовлено и поставлено в составе трансформаторного оборудования более 3000 шт. Блоки БКТ-2, БКТ-3 успешно функционируют в различных климатических зонах России, ближнего и дальнего зарубежья.

Для трансформаторов средней и малой мощности, которые устанавливаются внутри производственных помещений с более «мягкими» климатическими условиями, нами разработан, прошел испытания и включен в «Госреестр средств измерений РФ» прибор температурного мониторинга сухих трансформаторов МТСТ34 (ПРИЛОЖЕНИЕ В). Практика безусловно доказывает эффективность температурных мониторов.

Пример из практики

Подстанция Новокуйбышевского НПЗ. Трансформатор производства «Росэнерготранс». Трансформатор был отключен прибором мониторинга БКТ-2. По прошествии примерно часа прибывший дежурный персонал отклонений температуры частей трансформатора от среднего значения не обнаружил. Был составлен акт о неправильной работе БКТ-2.

Нами была предложена программа наблюдения за БКТ и трансформатором. В результате был установлен дефект трансформатора «пожар в железе». Попытка бракования БКТ-2 явилось следствием того, что в схеме подключения монитора не был задействован сигнал «Предупреждение» и отключение трансформатора стало полной неожиданностью для диспетчерской службы.

При создании комплекта приборов мониторинга масляных трансформаторов исходили из оптимальности контролируемых параметров.

Хотелось исключить неоправданную избыточность, сделать приборы недорогими и доступными.

Первичная диагностика и мониторинг у трансформаторов, как и у человека, начинается с температуры.

Прибор ТМ-1 позволяет:

  • контролировать температуру верхних слоев масла трансформатора;
  • определять максимальные и минимальные значения температуры за контролируемый период (день, неделю месяц и год);
  • выбрать систему охлаждения (Д, ДЦ, Ц или М);
  • сигнализировать о возникновении нештатных ситуаций при превышении уставок по температуре;
  • энергонезависимое хранение всех контролируемых параметров;
  • выдавать всю перечисленную информацию по интерфейсу в систему АСУ ТП;

Вся полученная информация доступна оператору с панели прибора.

Для более мощных трансформаторов и для трансформаторов, работающих в режимах широкого изменения нагрузки, функции прибора ТМ-1 были расширены в приборе ТМТ-1 в части:

  • контроля тока нагрузки;
  • вычисления температуры в наиболее нагретой точке (ННТ) обмотки (при расчете температуры ННТ используются технические характеристики трансформаторного оборудования, в том числе и тепловые характеристики, измеренные во время заводских испытаний);
  • вычисления остаточного ресурса трансформатора.

Продолжительный повышенный нагрев конструкций опасен для соприкасающейся с ней изоляции. Величина температуры ННТ является основным критерием допустимости перегрузки трансформатора. Постоянная времени нагрева обмотки составляет несколько минут, в отличии от температуры масла (постоянная времени нагрева масла исчисляется часами).

По рекомендациям МЭК 354 [6] температура ННТ ограничивается значением 140 °С.. Это соответствует началу ускоренного старения изоляции при повышенной температуре.

Непосредственное измерение температуры ННТ затруднительно и обычно применяется вычисление температуры ННТ по стандартизованной методике.[5]. Методика основана на законе термохимического износа Аррениуса и на упрощенном соотношении Монтсингера [7].

Превышение температуры ННТ над температурой верхних слоёв масла

DТ = Н× Gr×Кн y,

где Кнy = I/Iн — коэффициент нагрузки обмотки.

Текущее значение температуры ННТ:

То = DТ×(1 — е-t/×t) + Тм ,

где То — температура ННТ;

Тм — температура верхних слоёв масла;

t — текущее время,

Gr — градиент, установившееся превышение температуры обмотки над температурой верхних слоев масла. Задаётся из расчётной записки трансформатора в диапазоне от 0 до 50°С:

Н — коэффициент наиболее нагретой точки трансформатора (ННТ), диапазон — от 1 до 2. Стандартное значение — 1,3;

Y — степенной показатель нагрузки. Диапазон – от 1 до 2. Рекомендуемое значение — 1,6;

t — постоянная времени нагрева обмотки, диапазон от 5 до 10 минут. Рекомендуемое значение — 8 минут;

Iн — номинальный ток нагрузки обмотки — ток трансформатора тока. Диапазон – от 0 до 5А.

Относительная скорость износа изоляции:

V = 2(То — Тн)/6 ,

где Тн — номинальная температура изоляции, Тн = 98°С;

То — текущее значение температуры ННТ.

Относительное сокращение срока службы:

Cиловые трансформаторы

где V — скорость износа изоляции;

N — общее количество интервалов;

n — номер интервала времени.

Следует отметить, что в интервале температур от 98°С до 140°С скорость износа изоляции удваивается при каждом увеличении температуры на 6°С.

Вся информация о ресурсе и коэффициентах нагрузки трансформатора энергонезависимо хранится и по интерфейсу доступна системе АСУ ТП и оператору с панели прибора.

На сегодняшний день в эксплуатации находятся около 700 приборов ТМ-1 и около 80 приборов ТМТ-1. Партия из 38 трансформаторов с приборами ТМТ-1 в тропическом исполнении поставлена на Кубу.

В 2009 г. завершены автономные испытания, а в апреле 2010 г. — первый этап испытаний в составе объекта (трансформатора) нового прибора ТМТ-2.

В отличие от ТМТ-1 в нем дополнительно реализованы следующие функции:

  • контроль заливки масла;
  • контроль уровня масла;
  • контроль утечки масла.

На устройство контроля уровня масла и утечки получено положительное решение 2008104262/09, дата приоритета 04.02.2008г.(патент № 2393567)

Уровень масла в расширителе зависит от температуры масла в баке трансформатора. В процессе работы трансформатора часть нагретого масла перемещается в расширитель, а при охлаждении трансформатора масло из расширителя возвращается в бак.

Cиловые трансформаторы
Рисунок 1

Уровень h масла в расширителе может быть определен по величине давления столба масла — p (см. рисунок 1)

h = р/(ρg), где

ρ — плотность масла;).

g — ускорение свободного падения, g = 9.8 м/сек;

p — давление, Па.

В приборе ТМТ-2 предусмотрен контроль за уровнем заливки масла в соответствии с исполнением трансформатора (смотри рисунок 2).

Уровень заливки выбирается исходя из соотношения:

  • при максимальной температуре уровень масла не должен превышать максимального значения для данного климатического исполнения,
  • при минимальной температуре минимального уровня для данного климатического исполнения.

Для реализации режима оператору в прибор следует ввести:

  • диаметр расширителя;
  • климатическое исполнение трансформатора.

Теперь оператор может приступить к заливке, а прибор к контролю уровня заливаемого масла с учетом введенных условий и реальной температуры заливаемого масла. При контроле сравнивается реальный уровень масла в расширителе с расчетным значением заданным исходя из приведенных выше соображений. Звуковой сигнал (сирена) предупредит оператора (заранее, при 95% уровня заливки) об окончании процесса заливки.

В процессе эксплуатации уровень масла контролируется не только на превышение или понижение предельных уровней масла в расширителях трансформатора и отсека РПН, но и ведется контроль утечки масла.

Расчет ожидаемого уровня масла при контролируемой температуре ведется исходя из приведенных ниже соотношений:

приращение площади боковой поверхности при текущей температуре ti:

 ∆Si=(SiSз)=М(βiti — βзtз).

М = (Sр — Sз)/ (βрtр — βзtз),

Текущее значение площади боковой поверхности

Si = Sз+ М(βiti — βзtз) 

tр — рабочая средняя температура масла в баке;

β — коэффициент объёмного расширения масла.

S = r2*( a- sina)/2,

здесь r – радиус круга;

а — угол между радиусами;

а/2 =arc cos ((r-h)/ r)[рад].

При отклонении на 10% от расчетного значения формируется предупредительный сигнал «УТЕЧКА МАСЛА». Таким образом, дежурный персонал заранее оповещается, а трансформатор уберегается от аварийных ситуаций. Таких функций нет в приборах аналогичного класса.

Cиловые трансформаторы
Рисунок 2

Кроме основного оборудования трансформатора, обеспечивающего преобразование энергии, есть еще подсистемы, оценка состояния которых возлагается на приборы, не относящиеся к приборам мониторинга. Тем не менее, они выполняют ряд контрольных функций. По этому поводу могут быть упомянуты привода устройств РПН и автоматические регуляторы ими управляющие — РКТ.01 и РКТ.02. Обязательной функцией этих автоматических регуляторов является контроль функционирования привода и сигнализация об отклонениях функционирования от нормы, а так же учет ресурса привода. Положение анцапфы РПН также является параметром, позволяющим оптимизировать за счет диспетчерского управления нагрузку трансформатора. Это приборы комплекта ДИП-1 и ДИП-2.

Таким образом, в настоящее время выпускается широкая гамма приборов, позволяющих отслеживать многие параметры трансформатора. Широкое внедрение систем непрерывного мониторинга позволит уменьшить потенциальную угрозу роста аварийности и оптимизировать эксплуатационные расходы. С техническими характеристиками приборов можно ознакомиться на сайте www.mironomika.ru и ПРИЛОЖЕНИИ Г-Ж.

Буслаев Александр Феликсович, технический руководитель НПЦ «Мирономика»,

Козлова Галина Алексеевна, ведущий специалист НПЦ «Мирономика»,

Крамаренко Владимир Николаевич, директор НПЦ «Мирономика»,

Шлентов Владимир Степанович, ведущий специалист руководитель группы ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) Уралэлектротяжмаш»

 

Список литературы

  1. Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов. Алексеев Б.А. htt://www.transform.ru/articles/html/06exploitation/a000042article.
  2. Непрерывный контроль состояния трансформаторов. Электрооборудование электрических станций, подстанций и сетей. ОИР № 2, 2002г. Новости электроэнергетики мира.
  3. Технологические принципы мониторинга силовых трансформаторов. Савельев В.А., Львов С.Ю., Львов Ю.Н. УДК 621.311.22.658.5.011.56.681.3.
  4. Результаты внедрения системы непрерывного контроля силовых автотрансформаторов на подстанции «Ленинградская». Рассальский А.Н., к.т.н. проф., Конограй С.П., асп.,ГукА.А., Сахно А.А., Спица А.Г., асп Запорожский национальный технический университет. УДК.621.3.048.1 Вестник КДПУимени Михаила Остроградского. Выпуск 3/2009г.
  5. Электротехнический рынок №6 (24) ноябрь-декабрь 2008г.
  6. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки. ГОСТ 14209-97 ( МЭК 354)
  7. Нагрев и охлаждение трансформаторов З.Л. Киш. Москва «Энергия» 1980г.

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Дополнительные материалы

Информация о компании

Разработка, производство и поставка автоматических устройств и систем защиты, контроля и диагностики энергетических объектов.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

КУПЛЮ: Купим б/у трансформаторы любых мощностей и в любом количестве, списанные трансформаторы

, сгоревшие трансформаторы, неликвиды трансформаторов, также покупаем трансформаторы на лом, и некомплектные трансформаторы. При необходимости выполним демонтаж трансформаторов. Гарантируем быстрое принятие решение, выезд специалистов для осмотра, вывоз трансформаторов за наш счет. Рассмотрим любые варианты оплаты. Работаем во всех регионах России.
Кр Олег · Техпорт · 7 февраля · Россия · г Москва
Купим б/у трансформаторы любых мощностей и в любом количестве, списанные трансформаторы

УСЛУГИ: Ремонт силовых трансформаторов.

Полный комплект работ по ремонту, ревизии трансформаторов ТМ.ТМГ.ТМЗ.ТАМ… Испытание трансформаторов и химический анализ масла. Изготовление паспортов. Перечень работ входящих в техническое обслуживание силового трансформатора: Осмотр устройства снаружи, устранение видимых невооруженным глазом дефектов: грязи на заглушках, изоляторах и на баке; Проверка уплотняющих деталей (кольца и прокладки). Если замечается течь между фланцевыми соединениями, необходимо подтянуть гайки и обезжирить место крепления, заменить уплотняющие детали; Проверка и очистка бака. Это очень ответственная часть работы. Нужно проверить точность работы маслоукаазателя и прочистить баковые расширители; Замена силикогель, который после нескольких лет лет эксплуатации изменяет цвет с розового на голубой; Перезарядка сифонного фильтра. Чтобы это сделать необходимо выпустить из него воздух, и присняв крышку, долить масло до соответствующей пометки на стене бака. Важное замечание: температура доливаемого масла не должна отличаться от температуры масла внутри трансформатора.
Осипов Сергей · ИП Основин Сергей Иванович · 19 февраля · Россия · г Санкт-Петербург
Ремонт силовых трансформаторов.

ПРОДАМ: Силовые трансформаторы

Трансформатор – это устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформаторы могут быть как повышающими (при их работе напряжение увеличивается), так и понижающими (уменьшающими напряжение). При работе трансформатор нагревается, поэтому его требуется охлаждать. Компания ДКС предлагает вашему вниманию трансформаторы сухого типа мощностью от 100 до 3150 кВА. Под заказ возможно изготовление трансформаторов мощностью до 8000 кВА.
Бирева Татьяна · ДКС · Вчера · Россия · Тверская обл
Силовые трансформаторы

ПРОДАМ: Контроль температуры сухих трансформаторов!

ООО НПЦ «Мирономика» длитльное время занимается разработкой и изготовлением оборудования, позволяющего отслеживать и контролировать работу силовых трансформаторов и других энергосистем! Одним из основных направлений компании является разработка доступного и качественного оборудования для СУХИХ трансформаторов! В настоящее время в ассортименте предлагаемой продукции существует три прибора. Блок БКТ-2 выпускается во влаго- и пылезащищенном корпусе, что позволяет его установку на корпусе трансформатора и исправную работу при температуре от — 55 °С до + 45 °С. Модификацией блока БКТ-2 является БКТ-3. Данный прибор имеет расширенный перечень функций и возможность выдачи информации по цифровому интерфейсу связи RS232 и RS485. (Прошел процедуру добровольной сертификации). И прибор МТСТ34, разработанный для малогабаритных трансформаторов и для установки в шкафу и работе при температуре от — 20 °С до + 70 °С. (Внесен в Реестр средств измерения) Все приборы не требуют дополнительных затрат при установке! Более подробная информация на сайте компании!
Крамаренко Алексей · НПЦ Мирономика · 21 февраля · Россия · Свердловская обл
Контроль температуры сухих трансформаторов!

ПРОДАМ: Приборы для тестирования трансформаторов

Приборы этой группы предназначены для оперативной проверки различных типов трансформаторов: силовых, тока и напряжения. Компактность и многофункциональность устройств позволяет выполнить все измерения вне лаборатории, непосредственно на предприятии или даже в полевых условиях. Важно, что многие анализаторы трансформаторов могут исследовать технические параметры трансформаторов тока и напряжения без обесточивания последних. Таким образом, удаётся измерить полную проводимость, коэффициент трансформации, фазовый сдвиг первичной и вторичной обмоток по току и напряжению и др. Прибор позволяет выполнить регулировку пропускной способности нагрузки вторичной обмотки трансформатора напряжения, произвести размагничивание сердечника и др. Принцип действия Процесс проверки трансформатора происходит за счёт возбуждения первичной обмотки, а считываемые результирующие данные снимаются со вторичной. Кроме того, выполняются испытания постоянным током, что позволяет оценить параметры магнитного сердечника. Производится также проверка обмоток на целостность и наличие межвитковых замыканий. В набор стандартных процедур входят, как минимум, следующие тесты: — полной проводимости; — коэффициента трансформации; — нагрузки вторичной обмотки; Результаты измерений индицируются в удобной наглядной форме на ЖК-дисплее и хранятся в оперативной памяти прибора. При необходимости возможна выгрузка данных тестирования на ПК с целью их дальнейшей математической обработки и документирования.
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 21 февраля · Россия · г Москва
Приборы для тестирования трансформаторов
АО «Контактор» входит в число крупнейших заводов электротехнической промышленности России. Высококачественная продукция завода используется на всех ведущих предприятиях энергоемких отраслей России, а также стран ближнего и дальнего зарубежья.