В последнее десятилетие за рубежом все более активно разрабатываются и внедряются средства непрерывного контроля (мониторинга) и диагностики трансформаторного оборудования.
Основные причины — экономические. Аварийный выход из строя крупного трансформатора, стоимость которого может достигать 10 млн долл., грозит энергокомпаниям убытками в сотни млн долл. из-за перерывов в энергоснабжении.
Поэтому естественно стремление контролировать состояние трансформаторного оборудования, выявлять развивающиеся дефекты и аномальные режимы работы и своевременно формировать необходимые рекомендации персоналу. Успешному развитию этого направления электроэнергетики в большой степени способствовали успехи в области промышленных средств вычислительной техники, информационных технологий и появление на рынке широкого спектра первичных датчиков.
Для электроэнергетики России использование систем мониторинга и диагностики является тем более актуальным, что примерно 50 % эксплуатируемых в ЕЭС трансформаторов и реакторов выработали свой ресурс, и продление их срока службы без внедрения современных средств контроля практически невозможно.
Отметим также, что реализация своевременных и амбициозных проектов ОАО «ФСК ЕЭС» полной автоматизации подстанций и дальнейшего перевода их в необслуживаемый режим однозначно требует оснащения всего (в том числе трансформаторного) оборудования системами мониторинга и диагностики.
В настоящее время на отечественном рынке потребителям предлагают свои системы управления, мониторинга и диагностики трансформаторного оборудования фирмы Sterling Group, Alstom, Siemens, General Electrik. Ниже рассматривается отечественная система управления, мониторинга и диагностики трансформаторного оборудования, разработанная при непосредственном участии авторов в ГУП ВЭИ и ОАО «Энергосетьпроект». По своим техническим характеристикам и выполняемым функциям система превосходит представленные в России зарубежные образцы, при этом ее стоимость в полтора раза меньше, чем у аналогов.
Система сертифицирована Госстандартом России, сдана межведомственной комиссии, созданной ОАО ФСК, и освоена в серийном производстве. В представляемую систему входят:
• шкаф (шкафы) управления и мониторинга типа ШУМТ-М (рис. 1);
• датчики температуры масла в верхних слоях и на выходе системы охлаждения;
• датчики температуры масла в баке РПН; • датчики температуры окружающего воздуха;
• датчики тока нагрузки:
• бесконтактные датчики положения РПН; • датчик влажности масла;
• датчик концентрации газов, растворенных в масле;
• каналообразующая аппаратура и кабельная продукция;
• АРМ обслуживающего и оперативного персонала для подстанций, не оснащенных АСУ ТП или программно-техническими средствами интеграции в АСУ ТП;
• программное обеспечение АРМ для управления, конфигурирования, параметризации, визуализации, документирования и архивирования. Центральным ядром системы является шкаф ШУМТ-М, выполняющий следующие функции:
• сбор и первичная обработка информации от первичных датчиков;
• управление и контроль состояния системы охлаждения трансформатора;
• определение энергопотребления системы охлаждения;
• контроль исправности первичных датчиков;
• самодиагностику всех элементов системы; • контроль состояния газового реле;
• контроль питания и состояния отсечных клапанов;
• контроль исправности шин 0,4 кВ силового питания (основных и резервных);
• связь с АСУ ТП или с АРМ. Технические характеристики ШУМТ-М представлены в таблице.
По требованию заказчика допускается увеличение числа входных аналоговых и дискретных сигналов.
Конфигурация системы управления и мониторинга определяется на стадии разработки проекта привязки системы к конкретному трансформатору.
В проекте задаются тип и основные технические характеристики каждой единицы трансформаторного оборудования, номенклатура, места установки и количество подключаемых датчиков. Для реализации различных вариантов рабочих проектов ШУМТ-М выполнен как «открытый» программно-аппаратный комплекс, позволяющий принимать информацию от датчиков с аналоговым, дискретным выходом или оснащенных последовательным интерфейсом стандарта RS-485.
При этом параметризация ШУМТ-М под требования конкретного проекта осуществляется дистанционно с помощью программных средств АРМ. Основные задачи, выполняемые системой
1. Управление системой охлаждения и обеспечение оптимального соотношения между температурой масла и энергопотреблением.
Примененные технические и программные средства обеспечивают плавное включение электродвигателей маслонасосов и вентиляторов обдува, снижая в 3-5 раз броски пусковых токов. При возникновении неполнофазных режимов, заклинивании подшипников и других неисправностях включение электродвигателей блокируется.
Реализована возможность включения такого количества маслонасосов и вентиляторов, которое обеспечивает равенство температуры верхних слоев масла заданной уставке.
2. Контроль состояния охладителей и эффективности системы охлаждения.
Оценка производится путем контроля токов всех двигателей маслонасосов и вентиляторов обдува, а также по разности температур на входе и выходе системы охлаждения.
3. Контроль температуры верхних слоев масла методом прямого измерения.
4. Контроль температуры масла в баке РПН.
5. Контроль загрузки трансформатора методом прямого измерения фазных токов первичной обмотки.
6. Расчет температуры обмотки по измеренным значениям токовой нагрузки и температуры верхних слоев масла.
7. Контроль текущего номера ответвления РПН.
8. Контроль тока привода РПН.
9. Контроль состояния привода РПН и выявление отказов типа «самоход», «отказ в переключении», «застревание», «потеря синхронизма».
10. Контроль влажности масла. 11. Контроль концентрации горючих газов, растворенных в масле.
Полученная информация передается в АСУ ТП или на АРМ оперативного персонала энергопредприятия. На рис. 2 приведены экранные формы отображения информации для одного из типоисполнений системы.
Система внедрена в эксплуатацию на Выборгском предприятии Магистральных электрических сетей Северо-Запада на шести однофазных трансформаторах 135 МВА и на двух сглаживающих реакторах в составе АСУ ТП подстанции.
Автор: Валуйских А.О., Мордкович А.Г., канд. техн. наук, Цфасман Г.М., канд. техн. наук, ГУП ВЭИ им. В.И. Ленина
