Назначение системы для мониторинга маслонаполненных трансформаторов 6-35 кВ TDM-35:
Система TDM-35 предназначена для контроля технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов 10÷35 кВ. По сравнению с системой мониторинга марки TDM-10, эта система является более эффективной благодаря использованию дополнительных датчиков и более совершенной экспертной системы, используемой для оценки технического состояния и диагностики дефектов трансформатора.
Для контроля текущего технического состояния трансформаторов в системе TDM-35 реализовано несколько диагностических методов, результаты работы которых дополняют друг друга:
- регистрация и анализ температурных режимов работы трансформатора;
- контроль влагосодержания в масле бака трансформатора;
- контроль влагосодержания в твердой изоляции обмоток трансформатора;
- регистрация и анализ разрядных процессов внутри бака трансформатора;
- контроль технического состояния конструкции трансформатора по параметрам вибрации;
- контроль уровня масла в баке трансформатора.
Датчики для регистрации этих важных параметров трансформатора конструктивно объединены в единый модуль, который вводится внутрь бака трансформатора через верхнюю крышку.
Дополнительно к датчикам, находящимся внутри бака трансформатора, к измерительному прибору системы TDM-35 подключаются два внешних датчика. Это датчик тока нагрузки трансформатора и комплексный датчик контроля температуры и влажности окружающей среды.
При помощи адаптивного цифрового двойника трансформатора, параметры которого уникальны для каждого контролируемого системой трансформатора, в программном обеспечении системы мониторинга TDM-35 выполняется оценка текущего технического состояния, оперативная диагностика дефектов, осуществляется математическое прогнозирование развития технического состояния трансформатора на будущих этапах эксплуатации.
Результатом работы экспертной части программного обеспечения является:
- информация о текущем техническом состоянии контролируемого трансформатора в целом и его отдельных подсистем;
- перечень тревожных и предаварийных превышений контролируемых параметров, выявленных системой мониторинга за выбранный пользователем период времени;
- расчет температуры наиболее нагретой точки обмотки трансформатора, определение скорости старения изоляции обмоток;
- оценка эффективности работы системы охлаждения, учитывающая возникновение внутри бака трансформатора дополнительных зон нагрева;
- список всех диагностированных экспертной системой признаков дефектных состояний трансформатора с оценкой степени их опасности.
Завершающим итогом работы экспертных алгоритмов программы мониторинга является создание акта текущего технического состояния трансформатора с рекомендациями по особенностям его дальнейшей эксплуатации, необходимости проведения дополнительных обследований, сервисных и ремонтных работ.
Вся информация о техническом состоянии трансформатора из системы TDM-35 передается в централизованную систему АСУ-ТП предприятия, для чего в системе предусмотрено использование трех стандартных интерфейсов передачи данных:
- Проводной гальванически изолированный интерфейс связи марки RS-485. При помощи этого интерфейса можно передавать информацию в АСУ-ТП, проводить настройку режимов работы TDM-35, проводить специализированные разовые измерения параметров работы трансформатора.
- Беспроводной интерфейс связи марки Bluetooth, предназначенный для передачи данных на смартфон, планшет, переносной компьютер, позволяет управлять режимами работы системы мониторинга. Дальность работы этого интерфейса составляет десятки метров.
- Беспроводной интерфейс связи марки LoRa (LoRaWan). Достоинством этого интерфейса связи является то, что информация может передаваться на большое расстояние, достигающее нескольких километров. Вторым преимуществом интерфейса LoRa является использование в нем двойного шифрования информации.
При заказе системы TDM-35 пользователю необходимо заранее определиться с необходимым для АСУ-ТП набором интерфейсов связи. В приборе системы мониторинга может быть установлен проводной интерфейс RS-485 (он может быть или не быть) и дополнительно один из двух беспроводных интерфейсов: Bluetooth или LoRa.
Конструкция измерительного прибора системы мониторинга TDM-35 аналогична конструкции прибора системы TDM-10. В верхней герметизированной части корпуса прибора располагается вся электронная часть системы мониторинга. В нижней цилиндрической части корпуса, которая вводится внутрь бака (по диаметру она аналогична прибору TDM-10), находятся измерительные датчики.
Измерительный прибор TDM-35 монтируется на верхней крышке бака трансформатора. Для этого используется переходной фланец с герметизирующим узлом, который по конструкции и размерам аналогичен переходному узлу для установки прибора TDM-10, показанный на рисунке. Переходный узел устанавливается на любой технологической крышке, имеющейся на поверхности бака трансформатора. В основе герметизирующего узла лежит шаровой кран с проходным отверстием DN не менее 30 мм.
Для первичного монтажа переходного узла (как минимум шарового крана) необходимо слить масло в баке трансформатора до уровня верхней крышки бака и осуществить монтаж переходного фланца. В дальнейшем монтаж и демонтаж измерительного прибора системы мониторинга TDM-35 может производиться даже без частичного слива масла.
Если нет возможности смонтировать измерительный прибор системы TDM-35 на верхней крышке бака трансформатора, то его можно смонтировать на боковой поверхности бака. В этом случае система мониторинга сохранит свою работоспособность и функциональные возможности, но некорректно будет работать функция контроля минимального уровня масла в баке.
Проводной монтаж при установке измерительного прибора системы TDM-35 не требует больших затрат. Поскольку все основные датчики параметров трансформатора объединены в общий блок, который уже введен в масло бака трансформатора на этапе монтажа, к измерительному прибору системы необходимо подключить четыре кабельные линии:
- кабель питания AC/DC;
- кабель от датчика марки IFCT-5 для контроля тока нагрузки трансформатора;
- кабель линии связи, если в системе будет использован проводной интерфейс RS-485;
- кабель для подключения датчика температуры и влажности окружающего воздуха.
Антенна выбранного беспроводного интерфейса связи (Bluetooth или LoRa) монтируется на корпусе прибора на заводе и не требует для подключения внешней кабельной линии.
Для максимально эффективного использования результатов работы систем мониторинга в целях управления эксплуатацией и обслуживанием трансформаторов необходимо использовать программное обеспечение INVA, которое реализует функции управления обслуживанием трансформаторного и другого высоковольтного оборудования на уровне АСУ-ТП всего предприятия.
Признаки дефектных состояний силовых трансформаторов с литой изоляцией, диагностируемые системами мониторинга TDM-10 и TDM-35:
Для организации диагностического мониторинга маслонаполненных силовых трансформаторов фирма DIMRUS производит две системы мониторинга, параметры которых приведены в таблице:
| Система | Тип, рабочее напряжение ВН, технологическая значимость трансформатора | Контролируемые параметры трансформатора | ||||||||
| Ток нагрузки | Температура трансформатора | Влага в масле | Влага в твердой изоляции | Уровень масла | Разрядная активность | Температура и влага воздуха | Давление в баке | Вибрация | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| TDM-10 | Маслонаполненные трансформаторы 6-10 кВ | - | 1 | 1 | - | 1(1) | 1 | - | 1(2) | 1 |
| TDM-35 | Маслонаполненные трансформаторы 10-35 кВ | 1 | 1 | 1 | 1 | 1(1) | 1 | 1 | 1 | 1 |
Примечания к таблице:
(1) - защитная функция системы мониторинга;
(2) - дополнительная опция для системы мониторинга TDM-10.
Эти системы мониторинга различаются количеством первичных датчиков и их типом, в результате имеют различную достоверность получаемых диагностических заключений. Чем больше количество датчиков и сложнее система, тем она дороже, но информативнее.
Перечень наиболее часто встречающихся локальных дефектных состояний силовых маслонаполненных трансформаторов, выявляемых встроенной диагностической экспертной системой, приведен в таблице:
| Дефектное состояние | Параметры из табл. 1 | Достоверность | |
| TDM-10 | TDM-35 | ||
| 1. Изоляция обмоток трансформатора | |||
| Контроль электрической прочности масла в баке трансформатора по наличию растворенной воды | 2, 3 | ++ | ++ |
| Контроль влагосодержания в твердой изоляции обмоток трансформатора | 2, 3, 4 | - | ++ |
| Учет естественного старения изоляции обмоток на основании контроля наработки трансформатора | 1 | ++ | ++ |
| Контроль температурных превышений, приводящих к ускоренному старению изоляции обмоток | 1, 2 | + | ++ |
| Выявление локальных дефектов в изоляционной системе трансформатора по частичным разрядам | 6, 7 | + | + |
| Определение типа выявленных дефектов в изоляции, оценка степени их развития, опасности для дальнейшей эксплуатации трансформатора | 6, 7 | + | + |
| 2. Сердечник трансформатора | |||
| Контроль усилия прессовки сердечника трансформатора по спектру вибрационного сигнала | 1, 9 | ++ | ++ |
| Контроль наличия короткозамкнутых контуров в сердечнике трансформатора | 1, 2, 6, 9 | ++ | ++ |
| 3. Состояние конструктивных элементов трансформатора | |||
| Контроль целостности конструкции трансформатора по спектрам вибрационных сигналов | 9 | ++ | ++ |
| Определение эффективности охлаждения трансформатора по температурам бака, воздуха и току нагрузки | 1, 2, 7 | - | ++ |
| 4. Управление эксплуатацией и обслуживаем трансформатора | |||
| Контроль текущего технического состояния трансформатора по параметрам цифрового двойника | 1 – 9 | + | ++ |
| Определение скорости ухудшения технического состояния, оценка остаточного ресурса трансформатора | 1 – 9 | ++ | ++ |
| Планирование сроков и объемов проведения сервисных и ремонтных работ | 1 – 9 | ++ | ++ |
Достоверность выявления дефектных состояний контролируемого трансформатора в таблице П.1.2. иллюстрируется следующим образом:
(++) – достаточно высокая достоверность;
(+) – сравнительно невысокая достоверность.
Для каждой из трех контролируемых подсистем трансформатора: для изоляционной системы, для сердечника трансформатора и для его конструкции в программном обеспечении системы мониторинга строятся локальные математические модели.
Итоговая математическая модель трансформатора (его цифровой двойник) комплексно строится на основе объединения параметров локальных моделей подсистем трансформатора.
