система управления, мониторинга и диагностики

Электро, №6, 2004, С. 35 -37
СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ,
МОНИТОРИНГА
И
ДИАГНОСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Валуйских А.О., Мордкович А.Г., канд. техн. наук, Цфасман Г.М.,
канд. техн. наук, ГУП ВЭИ им. В.И. Ленина
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 АСУТП;
• 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.
Основные технические характеристики базового исполнения ШУМТ-М
Наименование параметра
ШУМТ-М ШУМТ-М
1
Число обслуживаемых охладителей, шт.
4
4
Параметры охладителей
Количество маслонасосов, шт.
1
1
Количество вентиляторов, шт.
2
2
Мощность двигателя маслонасоса, кВт
3
3
Мощность двигателя вентилятора, кВт
2,2
2,2
Номинальное напряжение, В
3 x 380
3 x 380
Параметры цепей питания
Номинальное напряжение шин питания (основной и резервной), В 3x380
3x380
Допустимое отклонение от номинального напряжения, % -15...+10
-15...+10
Номинальная частота, Гц
50
50
Потребляемая мощность
без двигательной нагрузки, ВА
 150
150
то же с включенными нагревателями, ВА
1500
1500
Количество каналов измерения токов обмоток трансформатора 3
(токовый сигнал 1 -5 А), шт.
Количество
каналов
измерения
температур
(термометры 8
сопротивления типа «Pt100», диапазон - от -100°С до +100°С,
погрешность измерения не выше 0,1 °С), шт.
Количество дополнительных входов аналоговых сигналов (диапазон 4
±5 В (4-20 мА), погрешность измерения не выше 0,5 %) от внешних
датчиков, шт.
Количество входных контактных сигналов, шт.
4
4
Количество выходных контактных сигналов, шт.
Параметры входных контактных сигналов
Номинальное напряжение, В
Параметры выходных контактных сигналов
Номинальное напряжение, В
Интерфейс обмена с АСУ ТП
Внутренний интерфейс
Максимальное число внешних датчиков с интерфейсом RS-485, шт.
Габариты (ВхШхГ), мм
Масса, кг
2
2
=220
=220
=220
RS-485
RS-485
100
2000x1000
x550
250
=220
RS-485
100
2000x1000x
550
250
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 АСУТП подстанции.