Введение. Силовые трансформаторы являются одним из значимых элементов энергосистемы, от которых зависит надёжность подачи электроэнергии. На данный момент реализовано множество методов защиты, диагностики, а также мониторинга силовых трансформаторов.
Выделим основными параметры силовых трансформаторов, которые необходимо контролировать.
- Газы, растворенные в масле, и влагосодержание масла. Увеличение объёма растворённых газов в масле ведёт к снижению изоляции ввиду тепловой перегрузки изоляции, а также разрядных процессов. Такие параметры можно определить с помощью хромотографического анализа пробы масла, которые отбираются на протяжении длительного промежутка времени. Влажность для силового оборудования, находящимся в рабочем состоянии является очень опасным явлением.
- Ток, напряжение, мощность. Перечисленные параметры характеризуют нагрузку трансформатора, а также являются входными величинами для моделей теплового баланса трансформатора.
- Коммутационные и атмосферные перенапряжения. Перенапряжения характеризуют нагрузку системы изоляции. А возникающие неисправности служат факторами подтверждающими или опровергающими образование дефекта.
- Частичные разряды. Увеличения уровня разрядной активности служит причиной снижения характеристик твердой изоляции, которое ведёт к пробою и короткому замыканию.
- Температура масла. Определение температуры масла характеризуют результативность системы охлаждения трансформатора, а также являются входными величинами для расчета наиболее нагретой точки обмотки трансформатора [1].
Наиболее важными контролируемыми параметрами силового оборудования являются: содержание влаги и температура масла.
Существующие способы мониторинга силовых трансформаторов.
С конца 60-х годов XX века одновременно в разных странах началась активное создание способов мониторинга и диагностики трансформаторов, основанных на различных физических принципах. Некоторые способы были введены в стандарт IEEE-standard. Разработанные на данный момент способы мониторинга могут быть применены для различных целей. Стоимость может варьироваться, так как затраты требуются и на установку, и на обслуживания этих систем персоналом. Все существующие системы мониторинга, которые предлагаются различными фирмами на рынке можно условно разбить на четыре укрупненные группы.
Рис. 1. Существующие методы мониторинга силовых трансформаторов
Первая группа представляет собой использование стационарных датчиков, которые могут определять содержание газов в трансформаторном масле. Это довольно простой и дешевый метод для определения только возникающих признаков неисправностей. Так как в большинстве методов используется естественная циркуляция масла, то техническое обслуживание самих датчиков практически не требуется, стоимость установки и эксплуатации подобных систем невысока. Однако, большинство датчиков, в зависимости от принципа их работы, могут определять только уровень содержания водорода, либо суммарное содержание характерной комбинации растворенных в масле газов для определения уровня превышения над допустимой концентрацией. К тому же подобные датчики не отличаются высокой степенью точности измерения, а для такого рода анализа неисправности к тому же потребуются, как минимум, лабораторные исследования масла. Но, несмотря на это, подобные системы получили широкое распространение.
Вторая группа методов использует применение портативного контрольно-измерительного оборудования, которое позволяет избавиться от некоторых недостатков, присущих первой группе, расширить возможности по видам и точности измерений, а главное это то, что результаты анализов могут быть получены практически сразу же после взятия образцов и проведения измерений. Обычно портативное контрольно- измерительное оборудование используют в тех случаях, когда установка датчиков и использование лабораторий по экономическим причинам невыгодно. Так как портативное оборудование не применяется для непрерывного контроля оборудования, то этот факт отнести к недостаткам использования данной группы методов мониторинга. Многие методы не имеют возможности представления достаточной информации о содержании водорода, однако датчики для определения газов в масле справляются с этим недостатком.
Третья группа методов использует лаборатории. Преимуществом лабораторий является их возможность проведения большого количества высокоточных анализов содержания газа и воды в масле. Недостатком использования лабораторий является высокая стоимость анализов. А также велика стоимость установки лабораторий и последующего их обслуживания.
Четвёртая группа методов применяют системы мониторинга и диагностики непрерывного характера. Главным отличием данной группы методов мониторинга и от вышеперечисленных методов является отсутствие встроенных датчиков и присутствие внешних датчиком, которые способны контролировать различные параметры, которые были описаны выше.
При установке подобных систем большинство датчиков уже присутствуют на трансформаторе или устанавливаться позже, ввиду того что поставленных перед данными системами задачи могут быть различными. Помимо этого, требуется также обеспечение каналами связи. Основной недостаток подобных систем — это высокая стоимость установки [2].
Однако применение существующих систем мониторинга и диагностики для трансформаторов напряжением 6 (10) кВ в ряде случаев экономически не оправданно.
Все это свидетельствует как о перспективности развития данного направления, так и о необходимости решения ряда вопросов: снижение стоимости систем применение их в различных видах трансформаторов, повышение точности моделирования, а также внедрение новых типов датчиков, основанных на использовании оптоволокна.
Внешние датчики для контроля состояния трансформатора. Для каждой системы мониторинга выбор используемых датчиков определяется при проектировании системы мониторинга, а на этапе эксплуатации не совершенствуются.
Внешние датчики могут контролировать различные параметры и их количество для каждой системы конкретно не определено и может варьироваться.
Далее приведены функции внешних датчиков, применяемые системами мониторинга для трансформаторов 6–10 кВ.
Датчик для измерения масла в баке имеет возможность определять мониторинг температуры при её превышении (рисунок 2). Для этого применяется термометр Pt 100 резисторный, фиксируемый в отделение для термометра на трансформаторе. При изменении сопротивления температуры изменяется сопротивление самого датчика, которое переводится в аналоговый сигнал.
Рис. 2. Температурный датчик для измерения масла в баке
Внешний температурный датчик, определяющий содержание масла в системе охлаждения (рисунок 3). Датчик использует измерения температур на входе и выходе охладителей, для регулирования тепловых процессов. Другой вид информации получают, используя дополнительные датчики. Система мониторинга, использующая данный вид датчика имеет возможность отключать либо включать оборудование систем охлаждения.
Рис. 3. Температурный датчик для измерения масла в системе охлаждения
Внешний датчик для регулирования напряжения, представленный как соединение конденсаторов (рисунок 4). Значения, получаемые с данного вида датчика, определяют ресурсы изоляции обмоток, которые остаются.
Рис. 4. Датчик для регулирования напряжения
Для измерения содержания водорода и воды используется датчик AMS 500 Calisto (рисунок 5). Процедура измерения водорода происходит в два действия. Для начала используя зонт извлекается водород из масла, далее измеряется количество присутствующего водорода на основе высокоточной технологии. Измерение воды осуществляется при наличие емкостного тонкопленочного датчика. Calisto- датчик устанавливается на трансформаторе внутри главного корпуса.
Рис. 5. Датчик AMS 500 Calisto
Анализатор Transfix для определения содержания газов с помощью фотоакустической спектроскопии. Он имеет возможность определять содержание восьми газов и содержание влаги [3].
Рис. 6.Датчик Transfix
На данный момент набирают популярность оптоволоконные датчики, которые решают значительную часть проблем, существующие у действующих систем мониторинга.
Вывод. Силовой трансформатор является одним из самых важных элементов энергосистемы. Поэтому на данный момент существует большое разнообразие методов мониторинга силовых трансформаторов. Существует большое разнообразие датчиков, применяемых системами мониторинга. Однако применение оптоволоконных датчиков решает значительное количество проблем.
Литература:
1. Живодерников, С. В. Зарубежный опыт мониторинга состояния маслонаполненного оборудования [Текст] / Материалы четвертого научно-практического семинара Общественного Совета специалистов Сибири и Востока по проблемам мониторинга трансформаторного оборудования и диагностики электрических установок, Белокуриха, 20–24 апреля 2009 / С. В. Живодерников, А. Г. Овсянников, В. А. Русов // Новосибирск, ГЦРО, 2009. — С.7–22.
2. Кириченко, Н. В. Системы мониторинга и диагностики силовых трансформаторов [Текст] / Н. В. Кириченко, С. С. Гиршин, Т. С. Тривайлов // Современные технологии в энергетике. — Омск: ОмГТУ. — 2013г. — с.160–163.
3. Чичёв, С. И. Информационно — измерительная система электросетевой компании [Текст] / С. И. Чичёв, В. Ф. Калинин, Е. И. Глинкин: — М.: Спектр, 2011. — 156 с.
