Системы мониторинга силовых трансформаторов

Приведен анализ состояния трансформатора, эксплуатируемых в сетях единых энергетических систем. Предложены рекомендации по замене устаревшего оборудования и расширения функциональных возможностей систем. Приведено аналіз стану трансформаторів, що експлуатуються у мережах єдиних енергетичних систем....

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Електротехніка і електромеханіка
Date:2003
Main Author: Рассальский, А.Н.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2003
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143648
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Системы мониторинга силовых трансформаторов / А.Н. Рассальский // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 3. — С. 40-43. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143648
record_format dspace
spelling Рассальский, А.Н.
2018-11-08T16:46:41Z
2018-11-08T16:46:41Z
2003
Системы мониторинга силовых трансформаторов / А.Н. Рассальский // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 3. — С. 40-43. — рос.
2074-272X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143648
621.314.222.6.017.39
Приведен анализ состояния трансформатора, эксплуатируемых в сетях единых энергетических систем. Предложены рекомендации по замене устаревшего оборудования и расширения функциональных возможностей систем.
Приведено аналіз стану трансформаторів, що експлуатуються у мережах єдиних енергетичних систем. Запропоновано рекомендації з заміни застарілого устаткування і розширення функціональних можливостей систем.
The analysis of the state of the transformers exploited in the united power systems networks is resulted. Recommendations on replacement of outof-date equipment and expansion of functional possibilities of the systems are offered.
ru
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
Електротехніка і електромеханіка
Електричні машини та апарати
Системы мониторинга силовых трансформаторов
Monitoring systems of power transformers
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Системы мониторинга силовых трансформаторов
spellingShingle Системы мониторинга силовых трансформаторов
Рассальский, А.Н.
Електричні машини та апарати
title_short Системы мониторинга силовых трансформаторов
title_full Системы мониторинга силовых трансформаторов
title_fullStr Системы мониторинга силовых трансформаторов
title_full_unstemmed Системы мониторинга силовых трансформаторов
title_sort системы мониторинга силовых трансформаторов
author Рассальский, А.Н.
author_facet Рассальский, А.Н.
topic Електричні машини та апарати
topic_facet Електричні машини та апарати
publishDate 2003
language Russian
container_title Електротехніка і електромеханіка
publisher Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format Article
title_alt Monitoring systems of power transformers
description Приведен анализ состояния трансформатора, эксплуатируемых в сетях единых энергетических систем. Предложены рекомендации по замене устаревшего оборудования и расширения функциональных возможностей систем. Приведено аналіз стану трансформаторів, що експлуатуються у мережах єдиних енергетичних систем. Запропоновано рекомендації з заміни застарілого устаткування і розширення функціональних можливостей систем. The analysis of the state of the transformers exploited in the united power systems networks is resulted. Recommendations on replacement of outof-date equipment and expansion of functional possibilities of the systems are offered.
issn 2074-272X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143648
citation_txt Системы мониторинга силовых трансформаторов / А.Н. Рассальский // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 3. — С. 40-43. — рос.
work_keys_str_mv AT rassalʹskiian sistemymonitoringasilovyhtransformatorov
AT rassalʹskiian monitoringsystemsofpowertransformers
first_indexed 2025-11-26T19:14:54Z
last_indexed 2025-11-26T19:14:54Z
_version_ 1850770094169260032
fulltext 40 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №3 ISBN 966-593-254-4 УДК 621.314.222.6.017.39 СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Рассальский А.Н. к.т.н. Запорожский национальный технический университет Украина, 69063, Запорожье, ул. Жуковского 64, ЗНТУ, кафедра "Электрические аппараты" тел. (0612) 698-349, E-mail: Arassalsky@sterling.zp.ua Приведено аналіз стану трансформаторів, що експлуатуються у мережах єдиних енергетичних систем. Запропоно- вано рекомендації з заміни застарілого устаткування і розширення функціональних можливостей систем. Приведен анализ состояния трансформатора, эксплуатируемых в сетях единых энергетических систем. Предложе- ны рекомендации по замене устаревшего оборудования и расширения функциональных возможностей систем. 1 СОСТОЯНИЕ ПАРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ РОССИИ Установленная мощность электростанций Рос- сии и структура генерирующих мощностей на 01.01.2001 г. составляет: 212,8 млн. кВт, в том числе: 21,3 млн. кВт- АЭС (10%); 44,3 млн. кВт- ГЭС (более 20%); 147,2 млн. кВт- ТЭС (около 70%). Основная электрическая сеть объединенных энергосистем ЕЭС России сформирована с использо- ванием двух систем номинальных напряжений. На большей части территории используется система на- пряжений 220-500 кВ. В ОЭС Северо-Запада, запад- ных районах ОЭС Центра и частично в ОЭС Северно- го Кавказа – 330 – 750 кВ. По состоянию на начало 2001 г. суммарная уста- новленная мощность трансформаторов на подстанци- ях – 569 млн. кВА (545 млн. кВА по ОЭС). Межсистемные связи в ОЭС России сформиро- ваны в основном на напряжение 220-330-500-750 кВ. В период до 2015 г. необходимо обеспечить уро- вень потребления электроэнергии по России 1133 млрд кВт. Потребность в установленной мощности элек- тростанций России определяется с учетом суммарно- го максимума нагрузки энергообъединений, величины передачи мощностей за пределы страны, нормативно- го расчетного резерва мощности 15-16% максимума нагрузки с учетом экспорта, составит в: 2005 г. – 220 млн. кВт – 1020 млрд. кВт/час; 2010 г. – 244 млн. кВт - 1180 млрд. кВт/час; 2015 г. – 275 млн. кВт – 1133 млрд. кВт/час. Структура ввода генерирующих мощностей сфор- мирована в соответствии с рекомендациями "Энерге- тической стратегии России" на период до 2020 г. Стратегия развития энергетического машино- строения разработана по поручению Правительства от 27 августа 1999 года № ИК-117-24900 исходя из ут- вержденных Президентом РФ основных направлений энергетической политики Российской Федерации на период до 2010 года. В основу стратегии положены рыночные меха- низмы принятия решений, а участие государства в хозяйственной жизни должно ограничиваться созда- нием благоприятных условий для развития рыночных механизмов, путем содействия конкуренции и обес- печения привлечения в отрасль инвестиций. Общая сумма потребных инвестиций на реализа- цию "энергетической стратегии до 2020 г." в части электроэнергетики оценивается в 2001 – 2005 гг. – 19,0 млрд. долл.; в 2006 – 2010 гг. – 41,9 млрд. долл. Если учесть, что на указанный период не плани- руется сколько-нибудь существенные объекты нового строительства, то можно считать, что все эти средства предназначаются на ремонт и модернизацию обору- дования. В электрических сетях происходит общее старе- ние основных фондов. Износ составляет около 40% в том числе по подстанциям – 60% и постоянно растет. Полностью отработали нормативный срок службы более 10% трансформаторов. Общая мощность ПС 110-750 кВ, оборудование которых выработало расчетный ресурс, уже в настоя- щее время составляет около 1/3 действующих мощно- стей и увеличится к концу периода: 2005 г. – 150 млн. кВА; 2010 г. – 242 млн. кВА; 2015 г. – 319 млн. кВА. Осуществление соответствующего объема работ по замене оборудования в требуемые сроки позволит избежать лавинообразного выхода из строя оборудо- вания из-за физического износа в ближайшее десяти- летие (табл. 1). Таблица 1 Продолжительность эксплуатации трансформаторов 500 кВ 330 кВ 220 кВ 110 кВ Срок работы млн. кВА % млн. кВА % млн. кВА % млн. кВА % 50 лет и более – – – – 2.18 1.2 6.3 3.6 40 лет и более 3.4 3.6 – – 3.8 2.1 12.2 5.1 30 лет и более 7.5 7.9 2.6 6.7 23.1 12.8 55.6 23.0 Решение задачи замены устаревшего оборудова- ния в таких объемах может быть выполнено только при комплексном подходе к ее решению: • использование оборудования, разработанного по новейшим технологиям, обладающего повышен- ной надежностью функционирования, экономической и технологической безопасностью; • внедрение современных средств и методик ди- агностического контроля, позволяющих принимать правильные решения о необходимости проведения ревизий и предупредительных ремонтов; • выполнение работ по модернизации оборудо- вания для продления сроков эксплуатации оборудова- ния с истекшим сроком службы; • внедрение оборудования для дистанционного управления и контроля технологическими процессами ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №3 41 в энергосистеме. Снижение вводов генерирующих мощностей и низкие темпы технического перевооружения приводят к накоплению объектов устаревшего оборудования. Наиболее эффективным способом проведения технического перевооружения является замена уста- ревшего оборудования на новое технически более совершенное оборудование (табл. 2). Таблица 2 Установленная мощность трансформаторов ПС, выработавших расчетный ресурс в период 2001-2015 гг., млн. кВА В том числе по периодам, гг.: Класс напря- жения, кВ 2001-2015 гг., всего 2001-2005 2006-2010 2011-2015 750 10.2 4.5 2.5 3.2 500 71.1 37.9 21.5 11.7 330 22.7 10.3 9.5 2.9 220 124.8 52.4 35.5 36.9 110 90.4 44.8 22.9 22.7 Всего: 319 150 92 77 Однако это возможно только в случае широко- масштабных инвестиций в электроэнергетику. Поэтому во всех вариантах развития электро- энергетики до 2015 г. рассматривается минимально необходимый объем замены оборудования. Для остальной части действующего выработавше- го свой ресурс оборудования должны проводится рабо- ты по продлению работы за счет модернизации и про- ведения расширенных восстановительных ремонтов. Одним из важнейших компонентов модернизации оборудования является установка недорогих и надеж- ных систем мониторинга силового оборудования. Экономическая целесообразность проведения реконструкции и технического перевооружения объ- ектов при их физическом износе или моральном ста- рении по сравнению с новым строительством опреде- ляется объемом и характером работ, наличием средств. Опыт проведения подобных работ показыва- ет, что по сравнению с новым строительством осуще- ствление восстановительных работ позволяет снизить общую величину затрат в среднем на 25-30%. С учетом финансовых возможностей РАО "ЕЭС Россия" стратегия проведения работ предполагается по следующим основным направлениям: в период до 2010 года – безусловно, требуется продление ресурса оборудования и использование восстановительных технологий, что неминуемо скажется на увеличении объема работ по устранению физического и мораль- ного износа объектов электрических сетей. Техниче- ское перевооружение и реконструкция энергетиче- ских объектов с заменой выбывающего оборудования ориентируется на лучшие образцы оборудования. Для решения этих проблем нужна согласованная программа действий, учитывающая реальные возмож- ности российских предприятий, использование зару- бежного опыта в форме лицензий, прямых поставок комплектующих элементов, материалов, а в обосно- ванных ситуациях закупка оборудования полностью. МЭС Центра РАО "ЕЭС России": • 12 тыс. км электропередач напряжением 330, 500, 750 кВ; • 32 подстанции с установленной мощностью ав- тотрансформаторов и шунтирующих реакторов 49 000 мВА, что составляет 30% от всех сетей РАО (табл. 3). При износе основного оборудования 48% замена морально устаревшего оборудования экономически не всегда целесообразно. В некоторых случаях мо- дернизация оборудования более выгодна. Таблица 3 Автотрансформаторы Реакторы 125 мВА (330-750 кВ) Время работы % 60 мВАр (500 кВ) 110 мВАр (750 кВ) до 20 лет 131 69 66 89 20–25 лет 19 10 1 1.5 более 25 лет 38 20 9 9.4 Всего: 188 100 74 100 Требования к новому поколению электротехни- ческого оборудования сводятся к использованию: • силовых автотрансформаторов с улучшенными электрическими характеристиками и повышенной надежностью, сниженными суммарными потерями, оборудованные надежными РПН и высоковольтными вводами; • шунтирующих реакторов 500 кВ с бронестерж- невой магнитной системой, с пониженным уровнем потерь, аналогичных реакторов других классов на- пряжения; • управляемых шунтирующих реакторов; • систем управления с использованием цифровой аппаратуры; • использование комплексных автоматизирован- ных систем диагностики основного электротехниче- ского оборудования подстанций, средств механизации и прогрессивных технологий по эксплуатационному обслуживанию оборудования; • внедрение АСУ ТП подстанций на основе мик- ропроцессорной техники. В любом случае необходимы автоматизирован- ные системы диагностики и оценки состояния основ- ного оборудования подстанций для постоянного от- слеживания состояния оборудования подстанций. Все приведенные выше фактические данные по- лучены из докладов ведущих специалистов РАО "ЕЭС России" на VI Симпозиуме ТРАВЭК "Электротехника 2010" "Перспективные виды электротехнического обо- рудования для передачи и распределения электроэнер- гии", состоявшегося в октябре (20-25) 2001 года. Основные выводы, которые можно сделать из этих докладов заключается в следующем: Основное оборудование подстанций (силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, шунтирующие реакторы, разъе- динители) требует замены в связи с моральным и фи- зическим износом. Для избежания лавинообразного выхода из строя устаревшего силового оборудования подстанций, не- обходимо привлечение всего производственного по- тенциала предприятий, производящих необходимое оборудование. Техническое перевооружение и модернизация основного оборудования подстанций требует замены, другая часть – модернизации. Очевидно, что это все можно посчитать совершенно точно. Расширение введения новых генерирующих мощностей постоянно растет и требует введений в действие современного оборудования станций. Для уменьшения эксплутационных затрат, повы- 42 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №3 ISBN 966-593-254-4 шения надежности работы силового оборудования подстанций необходимо введение системы непрерыв- ного контроля состояния этого оборудования, причем, эти системы необходимы как для нового оборудования, так и для модернизируемого. Построение систем дис- танционного управления оборудованием подстанций как одной из подсистем автоматизированной системы диспетчерского управления и контроля подстанций. Выполнение вышеизложенных задач представ- ляет собой грандиозную задачу, в связи с огромной суммарной мощностью нового, заменяемого и модер- низируемого оборудования. Только по подстанциям требуется силового обо- рудования на: 2005 г. – 150 млн. кВа; 2010 г. – 242 млн. кВа; 2015 г. – 319 млн. кВа. 2 МОНИТОРИНГ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Цель создания системы Целью создания системы мониторинга и диагно- стики силовых трансформаторов является отражение в реальном масштабе времени основных параметров си- ловых трансформаторов для оперативного принятия решений ведения производственного процесса. Систе- ма мониторинга может включать дополнительную функциональность по введению оперативных данных в систему диспетчерского управления подстанции. Назначение системы мониторинга Система мониторинга и диагностики трансфор- маторов предназначена для: • осуществления контроля и регистрации теку- щих и предельных значений температур обмоток и масла, рабочих токов и напряжений трансформатора; • регистрации информации о нормальных, пре- даварийных и аварийных событиях, работы защитных и контрольно-измерительных приборов; • осуществления контроля и регистрации теку- щих и пусковых значений токов электродвигателя привода переключающего устройства (ПУ), регистра- ция положений ПУ; • осуществления контроля показаний газоанали- затора, датчиков влажности масла; • определения величины температур обмоток, вычисления срока службы трансформатора в режиме реального времени по согласованной в техническом задании модели; • учета мощности и энергии по сторонам транс- форматора; • оперативного контроля качества электроэнергии; • оптимизации режима работы трансформатора и на этой основе повышения надежности его работы; • обеспечения управления ПУ с центрального (дальнего) диспетчерского пункта управления по компьютерным каналам; • оптимизации режима работы трансформатора и на этой основе повышения рока его службы; • интеграции Системы диагностики и монито- ринга трансформатора в системы телемеханики Авто- матизированных систем диспетчерского управления; • минимизации влияния человеческого фактора на процессы сбора, обработки, передачи и хранения информации. Технические решения Для создания работающей в режиме реального времени Системы диагностики и мониторинга ис- пользуются технические решения, соответствующие стандартам открытых систем, современные промыш- ленные технические средства производства ведущих мировых производителей Rockwell Automation (Allen Bradley), Hewlett Packard, Microsoft Windows Embedded NT. Это гарантирует качество разработки и сводит к минимуму зависимость Заказчика от разра- ботчика системы. Комплекс программно-технических средств, предлагаемых для реализации системы, имеет много- уровневую архитектуру, состоящую из контрольно- измерительных приборов, датчиков, программируе- мых контроллеров, с выходом на локальную сеть Ethernet. Далее возможно подключение к диспетчер- ским системам более высокого уровня, позволяющее объединять локальные системы контроля и управле- ния в более крупные. Аппаратное обеспечение Уровень операторского управления реализуется на базе серийных компьютеров фирмы Hewlett-Packard. Уровень сбора информации - программируемые логические контролеры В качестве основного оборудования системы те- лемеханики используются программируемые логиче- ские контроллеры компании Allen-Bradley семейства Control Logic 5550, построенные по модульному принципу. Применение модульных контроллеров позволяет подобрать оптимальную конфигурацию аппаратных средств для каждого конкретного объек- та. В состав гаммы модулей ввода/вывода входят мо- дули для подключения дискретных и аналоговых сигналов. Выходы термопар и термосопротивлений подключаются непосредственно к модулям сопряже- ния, имеющими высокую точность и встроенную линеаризацию и нормирование. Все каналы имеют оптоэлектронную развязку. Монтаж проводов - под винт. В качестве прибора контроля и измерения то- ков, напряжений, мощности, энергии и качества энергии используется приборы Power Monitor 3000 фирмы Allen Bradley, подключенные во внутреннюю локальную сеть Ethernet. Контроллер и сопровож- дающие его устройства смонтированы в герметичном шкафу компании RITTAL. Степень защиты контрол- лерного оборудования – IP54. Структурная схема системы мониторинга приведена на рис. 1. Поставляемое оборудование отличается высокой надежностью, способностью работы в очень жестких условиях эксплуатации. Средняя наработка на отказ не менее 200 000 часов. Основные технические дан- ные таковы: • напряжение питания 170...265 ВАр, 47...63 Гц или 19,2...28,8 ВАр; • рабочая температура контроллерного обору- дования 0…60 °С. • температура хранения контроллерного обо- рудования -40...+85 °С. • относительная влажность 95% (без конденсата); • вибростойкость 5-57 Гц с амплитудой 4 мм; • ускорение 2,55 при 57-2000 Гц; • изоляция 1500 В; • статическое напряжение до 15 кВ. ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №3 43 АРМ оператора подстанции Принтер событий (при необходимости) К другим блокам мониторинга (при необходимости) VC100E АРМ оператора удаленного доступа Ethernet100M Источник бесперебойного питания Блок мониторинга I U 1404-M605A-ENT ("ВH") I U 1404-M605A-ENT ("СH") 10 B as -T H ub 8 Ethernet 10mbit RS232 Дискретные и аналоговые входы--выводы Базовый контроллер с модулями вводов-выводов X1 ГВ1 I "CH" U "CH" I "ВH" U "ВH" 30 0м Domino H201-Ci-1 (HIDRANT H201 Ti) X2 X3 4-20ма 4-20ма Преобразователь витая пара -опто ГВ2 X4 4-20ма Датчики М од ем М од ем Рис. 1. Структурная схема системы мониторинга Программное обеспечение Инструментом для программирования контролле- ра Control Logic 5000 является программный продукт RSLogix 500™ Programming Software фирмы Rockwell Software™, работающий под управлением операцион- ных систем Windows 95™/NT™/2000. Это специализи- рованный программный продукт, предназначенный для дистанционного программирования контроллеров се- мейства Control Logic 5000. В качестве средства для создания средств человеко-машинного интерфейса (Man-Machine Interface – MMI) используется система RSView32™ фирмы Rockwell Software™. Возможности объектно-ориентированной графики RSView, фактиче- ски, задают требования к стандартам в области продук- тов MMI. Наряду с возможностями OLE (Object Linking and Embedding – Связывание и Встраивание Объектов) RSView позволяет выбирать из библиотеки объекты, такие как измерительные приборы, резервуа- ры, панели, кнопки и многие другие. Технология ODBC (Open DataBase Connectivity - Связь с Открытой Базой Данных) это стандарт, раз- работанный Microsoft®, который позволяет базам данных различных форматов быть доступными для других приложений, работающих в среде Windows 95 /NT™/2000. Вся информация о тегах RSView и сис- темной конфигурации запоминается в формате, со- вместимом с ODBC и доступна для большого количе- ства инструментальных средств, работающих под Windows™, таких, как Microsoft® ACCESS, EXCEL и т.д. В то же время эти инструментальные средства можно использовать для создания отчетов пользова- теля или для слияния содержимого данных конфигу- раций с другими базами данных. Программная платформа реального времери RSView, используемая в качестве программного обеспечения на уровне автоматизированного техни- ческого комплекса, обеспечивает взаимодействие между продуктами серии SuiteLink, WINtelligent и продуктами Microsoft. Она обладает улучшенной функциональностью по сравнению с традиционными средствами человеко-машинного интерфейса. Откры- тая база данных, регистрация архивных данных в виде реляционных таблиц стандартных форматов (DBF, DB и т.п.) делает информацию, формируемую системами, доступной другим программным средст- вам, в частности системам RTAP/Plus и R/3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Три комплекта системы мониторинга силовых трансформаторов изготовлены и установлены на под- станциях МЭС Центр РАО "ЕЭС Россия" две в конце прошлого года и одна в начале этого года. АТДЦТН- 250000/500/110 (п/с Арзамасская), АТДЦТН- 200000/220/110 (п/с Михайловская) и АТДЦТН- 125000/330/110 (п/с Бологое). В настоящее время и изготовлены и подготавливаются к монтажу на под- станци системы мониторинга для автотрансформато- ров АТДЦТН-125000/330/110 - 2 шт. и АТДЦТН- 250000/330/220 – 1 шт. для МЭС "Северо-Запада". 2. В настоящее время ведется работа по расши- рению функциональности Системы по следующим направлениям: -создание моделей, для определения расчетных параметров в реальном масштабе времени; -создание программ для диагностики трансформа- тора в реальном масштабе времени; -расширение функций управления и контроля сис- темами трансформатора. 3. Разработка упрощенной модели Системы для модернизируемых трансформаторов. Поступила 10.01.2003