Мониторинг силовых трансформаторов
Комплексный мониторинг состояния критически важных силовых трансформаторов — включая температуру обмоток, растворённые газы, частичные разряды, вводы, переключатель обмоток под нагрузкой (OLTC), состояние масла, системы охлаждения и другие ключевые эксплуатационные параметры.
Мониторинг силовых трансформаторов объединяет несколько показателей технического состояния, что помогает выявлять зарождающиеся неисправности, принимать обоснованные решения по техническому обслуживанию и повышать эксплуатационную готовность трансформаторов.
Почему мониторинг силовых трансформаторов имеет важное значение
Крупные силовые трансформаторы работают в условиях постоянной нагрузки на протяжении десятилетий. Со временем эта нагрузка может проявляться сразу несколькими различными способами:
- Электрическое напряжение
- Термическая нагрузка
- Механическая нагрузка
- Старение изоляции
- Изменение нагрузки
- Износ системы охлаждения
- Нарушения в работе вспомогательных систем
Ни один отдельный параметр мониторинга не может в полной мере отразить состояние силового трансформатора.
Именно поэтому мониторинг силовых трансформаторов обычно основывается на совокупности показателей — температуры, анализа растворённого газа, частичных разрядов, состояния проходников, состояния переключателя обмоток под нагрузкой (OLTC), уровня и давления масла, а также состояния системы охлаждения — а не на каком-либо одном показателе. В следующем разделе подробно рассмотрено, что именно следует контролировать в силовом трансформаторе и почему.
Какие параметры следует контролировать в силовом трансформаторе?
Вместо того чтобы рассматривать трансформатор с точки зрения конечного продукта, целесообразно анализировать его по отдельным компонентам — каждая деталь имеет свой собственный профиль риска и соответствующие параметры мониторинга.
Намотка
- Температура в «горячей точке»
- Термические условия
- Риск старения изоляции
Трансформаторное масло
- Растворённые газы
- Температура масла
- Состояние масла
Система теплоизоляции
- Частичный разряд
- Появление дефектов в теплоизоляции
Втулки
- Состояние изоляции
- Емкость / диэлектрические свойства
- Нарушения в области тока утечки
OLTC
- Условие переключения
- Состояние контакта
- Механические отклонения
Бак и принадлежности
- Уровень масла
- Давление
- Система охлаждения, вентиляторы и насосы
Не для каждого трансформатора требуется контроль всех параметров. Фактическая конфигурация зависит от важности оборудования, условий эксплуатации, уже установленных датчиков и стратегии технического обслуживания.
Контроль температуры обмотки и обнаружение горячих точек
- Нагрузка на трансформатор вызывает тепловую нагрузку внутри обмотки
- Местные зоны повышенной температуры могут ускорить износ теплоизоляции
- Измерения температуры снаружи могут не в полной мере отражать состояние внутренней обмотки
- Информация о «горячих точках» помогает оценить нагрузку и эффективность охлаждения
- Подходит для трансформаторов, работающих в критическом режиме, и трансформаторов с высокой нагрузкой
Мониторинг растворенных газов и трансформаторного масла
При возникновении внутреннего перегрева, образования электрической дуги, разрядной активности или разложения изоляции внутри масляного силового трансформатора со временем в масле могут накапливаться характерные газы. Именно отслеживание динамики изменения концентрации этих газов — а не просто анализ отдельных результатов испытаний — помогает своевременно выявить зарождающуюся неисправность.
- Внутренний перегрев
- Возникновение электрической дуги
- Деятельность по сбросу
- Разложение теплоизоляции
- Динамика развития неисправностей
Мониторинг частичных разрядов и состояния изоляции
В силовом трансформаторе со временем в изоляции обмоток, основной изоляции, выводах, вводных проходках и масляно-бумажной изоляции могут возникать локальные дефекты или наблюдаться постепенное изнашивание.
- Выявление возникающих дефектов теплоизоляции
- Отслеживание деятельности по разгрузке
- Сравнение динамики состояний
- Поддержка определения приоритетов технического обслуживания
- Снизить риск непредвиденных сбоев
Мониторинг состояния проходных изоляторов трансформатора
Втулки представляют собой ключевое соединение между внутренней системой изоляции трансформатора и внешней высоковольтной сетью, в связи с чем они подвергаются постоянному диэлектрическому напряжению.
- Износ теплоизоляции
- Нестандартное поведение диэлектрика
- Изменения ёмкости
- Нарушения в области тока утечки
- Развитие неисправностей втулок
Мониторинг состояния устройства переключения отводов под нагрузкой
OLTC сочетает в себе механическое переключающее действие с характеристиками электрических контактов, что делает его одним из наиболее активно задействованных в работе элементов силового трансформатора.
- Операция переключения
- Состояние контакта
- Приводной механизм
- Механические отклонения
- Нарушения в работе электрооборудования
- Динамика деятельности
Контроль уровня масла, давления и системы охлаждения
Надежность трансформатора зависит не только от обмотки и системы изоляции, но и от состояния масла, используемого для его консервации, а также от оборудования для охлаждения.
Сохранение масла
- Уровень масла
- Давление
- Сигнал о ненормальной утечке масла
Система охлаждения
- Поклонники
- Насосы
- Радиаторы
- Состояние ступени охлаждения
Термические условия
- Максимальная температура масла
- Эффективность охлаждения
Неисправности трансформаторов и методы мониторинга, помогающие их выявлять
| Риск, связанный с трансформатором | Соответствующий метод мониторинга |
|---|---|
| Перегрев обмотки | Контроль температуры обмотки / мониторинг «горячих точек» может помочь выявить эту проблему |
| Внутренняя тепловая неисправность | Система DGA в сочетании с мониторингом температуры обеспечивает вспомогательную индикацию |
| Износ теплоизоляции | Мониторинг частичных разрядов в сочетании с анализом газов в масле (DGA) может способствовать проведению оценки |
| Износ втулки | Мониторинг состояния втулок обеспечивает необходимую информацию |
| Нарушение функции OLTC | Мониторинг состояния OLTC помогает выявлять аномальные тенденции |
| Сбой системы охлаждения | Мониторинг температуры в сочетании с мониторингом работы вентиляторов и насосов помогает выявить эту проблему |
| Ненормальный уровень масла | Контроль уровня масла обеспечивает непосредственную индикацию |
| Ненормальное давление в баке | Контроль давления обеспечивает непосредственное отображение показаний |
Ни один метод мониторинга не может самостоятельно с полной уверенностью диагностировать неисправность — каждый из них дает индикацию или показывает тенденцию, помогающую в оценке ситуации, и результаты следует интерпретировать с учетом осмотра на месте и заключения специалистов по техническому обслуживанию.
Архитектура интегрированного мониторинга силовых трансформаторов
Полная цепочка данных мониторинга, как правило, проходит от самого трансформатора через систему сбора и регистрации данных, затем на уровень связи и, наконец, поступает на платформу управления или мониторинга.
В зависимости от имеющегося оборудования, датчиков, типа трансформатора и подключенной системы управления в разных проектах могут выбираться различные комбинации средств мониторинга. Конфигурацию мониторинга можно сформировать с учетом конкретных точек риска каждого трансформатора — нет необходимости устанавливать в каждом проекте полноценную комплексную систему мониторинга.
Мониторинг силовых трансформаторов в различных условиях эксплуатации
Силовые трансформаторы подстанций
На подстанциях передачи и распределения электроэнергии главный силовой трансформатор является критически важным объектом — его мониторинг способствует раннему обнаружению неисправностей и помогает поддерживать его в надежном рабочем состоянии.
Узнать больше о подстанциях →Генераторные повышающие трансформаторы
Повышающие трансформаторы генераторов обеспечивают прямое подключение генераторов к сети, поэтому температура обмоток, состояние изоляции и общая эксплуатационная надежность, как правило, являются приоритетными факторами.
Узнать больше о производстве электроэнергии →Промышленные силовые трансформаторы
Сталелитейные, нефтехимические, горнодобывающие и другие крупные промышленные предприятия зависят от бесперебойной работы своих критически важных силовых трансформаторов, поэтому мониторинг их технического состояния является неотъемлемой частью обеспечения надежности производства.
Узнать больше о нефти и газе →Главные трансформаторы для систем возобновляемой энергетики
Основные повышающие трансформаторы в ветровых, солнечных и системах накопления энергии работают при переменной нагрузке, и в таких условиях мониторинг состояния способствует проактивному планированию технического обслуживания.
Узнайте больше о возобновляемых источниках энергии →Рекомендуемые продукты для мониторинга силовых трансформаторов
Рассмотрим более подробно продукты, лежащие в основе вышеперечисленных функций мониторинга: индикаторы температуры обмоток и масла, оптоволоконные датчики температуры, системы мониторинга газа в изоляции (DGA), частичных разрядов, проходников и переключателей OLTC.
Индикатор температуры обмотки BWR2
Датчик WTI для индикации температуры обмоток масляных трансформаторов, управления охлаждением, вывода сигналов тревоги и обеспечения защиты от отключения.
Индикатор температуры масла BWY2
Датчик OTI для индикации температуры масла в масляных трансформаторах, управления охлаждением и вывода сигнала тревоги о превышении температуры.
3-канальный оптоволоконный датчик температуры
Точечный флуоресцентный датчик, предназначенный для мониторинга «горячих точек» в трехфазной обмотке, с выходом RS485 для интеграции в системы SCADA / DCS.
Система онлайн-мониторинга DGA
Устройство для анализа растворенных газов в трансформаторном масле, предназначенное для обнаружения газов, свидетельствующих о неисправностях, мониторинга с помощью масляной хроматографии и раннего предупреждения о повреждениях изоляции.
Система мониторинга проходных изоляторов трансформатора
Онлайн-мониторинг изоляции втулок и частичных разрядов с учетом суммарного тока, ёмкости, диэлектрических потерь и частичных разрядов.
Система онлайн-мониторинга OLTC трансформатора
INNO-OLTC контролирует ток, температуру, вибрацию, крутящий момент и положение отводов переключателя, а также обеспечивает предупреждение о неисправностях и диагностику.
Система онлайн-мониторинга частичных разрядов
Непрерывное обнаружение частичных разрядов с помощью УВЧ-, HFCT- и ультразвуковых датчиков, анализ характера частичных разрядов (PRPD) и вывод сигналов тревоги для мониторинга состояния изоляции.
Бронированный оптоволоконный датчик температуры
Бронированный оптоволоконный датчик температуры для измерения точек перегрева обмоток масляных трансформаторов, с усиленной защитой и совместимостью с маслом.
Оптический датчик с полиимидным защитным покрытием
Гибкий оптоволоконный зонд с полиимидным покрытием для измерения точек перегрева на обмотке с использованием флуоресцентного оптического датчика, основанного на измерении срока службы.
Система измерения температуры с использованием оптоволоконных датчиков
Волоконно-оптическая система измерения температуры для обнаружения «горячих точек» на обмотках в режиме реального времени в масляных силовых трансформаторах.
Как выбрать конфигурацию мониторинга силового трансформатора
Не существует единого универсального комплекта, подходящего для всех трансформаторов. При выборе следует руководствоваться такими факторами, как:
- Тип трансформатора
- Уровень напряжения
- Важность / критичность трансформатора
- Условия загрузки
- История отказов
- Имеющиеся датчики
- Существующие устройства мониторинга
- Обязательные параметры мониторинга
- Существующая система SCADA / система управления
- Стратегия технического обслуживания
Базовый оперативный мониторинг
Температура, уровень масла, система охлаждения и основные условия эксплуатации.
Мониторинг состояния
Контроль температуры в сочетании с анализом газов в изоляции (DGA) и мониторингом состояния изоляции.
Комплексный мониторинг состояния
Несколько подсистем трансформаторов, интегрированных в соответствии с требованиями проекта.
Это примеры конфигураций, а не готовые пакеты — правильное сочетание зависит от конкретного трансформатора и проекта.
Часто задаваемые вопросы о мониторинге силовых трансформаторов
Какие параметры следует контролировать в силовом трансформаторе?
В зависимости от важности трансформатора и условий его эксплуатации мониторинг может охватывать контроль температуры обмоток и масла, содержания растворённых газов, частичных разрядов, состояния вводов, состояния переключателя обмоток под нагрузкой (OLTC), уровня масла, давления в баке и состояния системы охлаждения.
Достаточно ли контроля температуры для оценки состояния трансформатора?
Температура является полезным и широко используемым показателем, однако она отражает лишь тепловые условия. Для получения более полной картины состояния изоляции, разрядной активности, вводов и трансформатора с переключателем обмоток (OLTC) требуются собственные специализированные методы мониторинга.
В чём заключается разница между DGA и мониторингом частичных разрядов?
Метод DGA позволяет отслеживать динамику изменения концентрации газов, связанных с неисправностями и растворенных в трансформаторном масле. Мониторинг частичных разрядов позволяет отслеживать активность электрических разрядов непосредственно в системе изоляции. Эти два метода анализируют разные физические показатели и часто используются совместно.
Почему необходимо осуществлять мониторинг вводов трансформатора?
Втулки расположены на границе между внутренней изоляцией трансформатора и внешней высоковольтной сетью, и со временем в них могут возникать износ изоляции или отклонения в значениях тока утечки — проблемы, отслеживать которые помогает специальная система мониторинга втулок.
Почему мониторинг состояния OLTC так важен?
OLTC сочетает в себе механическое переключение с характеристиками электрических контактов и работает гораздо чаще, чем большинство других компонентов трансформатора, что делает его частым источником возникающих механических или электрических неисправностей.
Можно ли модернизировать существующий трансформатор, оснастив его системой онлайн-мониторинга?
Во многих случаях — да. Возможный объем работ зависит от существующей конструкции трансформатора, имеющихся точек монтажа и возможности доступа к датчикам — это, как правило, уточняется в ходе рассмотрения проекта.
Можно ли подключить имеющиеся датчики трансформатора?
Существующие датчики и измерительное оборудование зачастую можно включить в систему онлайн-мониторинга в зависимости от типа сигнала и совместимости с платформой мониторинга.
Можно ли подключить данные мониторинга трансформаторов к системе SCADA?
Да. Наши устройства мониторинга, как правило, поддерживают стандартные интерфейсы связи, такие как Modbus или DL/T860, для интеграции с системами SCADA, системами автоматизации подстанций или платформами мониторинга трансформаторов.
Требуется ли для каждого трансформатора одинаковая конфигурация мониторинга?
Нет. Конфигурация должна учитывать важность каждого трансформатора, условия его эксплуатации, историю отказов и имеющееся контрольно-измерительное оборудование — основные факторы, которые следует учитывать, приведены в руководстве по выбору выше.
Как выбрать подходящие функции мониторинга для моего трансформатора?
Начните с определения зон риска и приоритетов технического обслуживания трансформатора, а затем проанализируйте приведенные выше критерии выбора. Наша команда поможет подобрать конфигурацию мониторинга, соответствующую вашим требованиям.
Создайте подходящую конфигурацию мониторинга для вашего силового трансформатора
Различные трансформаторы имеют разные приоритеты мониторинга. Архитектуру мониторинга следует выбирать с учетом типа трансформатора, его важности для работы системы, имеющегося контрольно-измерительного оборудования, точек риска и требуемой системной интеграции.
