Устройство для мониторинга силовых трансформаторов
MONITORING DEVICE FOR POWER TRANSFORMERS

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для мониторинга основных рабочих параметров и технического состояния силовых трансформаторов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов печь-ковш в процессе их эксплуатации в режиме реального времени.
Известно устройство непрерывного контроля технического состояния трансформатора, содержащее систему охлаждения, блок измерения величины тока обмоток, блок контроля температуры обмоток, блок измерения температуры системы охлаждения масла, блок измерения температуры корпуса трансформатора и окружающей среды, блок измерения частичных разрядов в трансформаторе, блок контроля диэлектрической проницаемости масла, блок контроля состава и концентрации газов, растворенных в масле, блок уровня и потока жидкости системы охлаждения, блок состояния охлаждающих подшипников насосной системы, блок хранения максимальных и минимальных значений для каждого контролируемого параметра и время их появления, блок выделения четырех пороговых уровней, блок активации сигнала тревоги, блок передачи контролируемых параметров на центральный компьютер, блок управления исполнительными механизмами силового трансформатора по команде с центрального компьютера (см. патент США US 4654806, Н02Н 7/04).
Недостатком данного устройства является низкая достоверность оценки технического состояния трансформатора в связи с тем, что оно обеспечивает непрерывное измерение и расчет лишь ограниченного числа параметров, определяющих техническое состояние высоковольтных, в том числе печных, трансформаторов. Соответственно в нем реализован не полный перечень необходимых методов контроля состояния трансформаторов. Это не позволяет анализировать изменение параметров трансформатора в процессе эксплуатации, что необходимо для выявления и оценки развивающихся неисправностей, а также оперативного реагирования персонала на устранение проблем.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство для мониторинга силовых трансформаторов, содержащее блок измерения величины тока, блок измерения величины напряжения, блок измерения температуры окружающей среды, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора, блок контроля температуры обмоток, блок контроля состояния трансформаторного масла, блок обработки и архивирования полученных данных, блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, блок контроля положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), блок расчета интегральных характеристик трансформатора, блок регистрации аварийных процессов, блок расчетных моделей, блок управления системой масляного охлаждения трансформатора, блок дистанционного управления устройством РПН, блок ведения журналов состояния трансформатора, блок визуализации контролируемых параметров, блок интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, блок контроля изменений параметров трансформатора, при этом первый выход блока измерения величины тока соединен с первым входом блока расчета интегральных характеристик трансформатора, второй его выход соединен с первым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен с первым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен с первым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен с первым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен с первым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, седьмой его выход соединен с первым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока измерения величины напряжения соединен со вторым входом блока расчета интегральных характеристик, второй его выход соединен со вторым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен со вторым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен со вторым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен со вторым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен со вторым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока измерения температуры окружающей среды соединен с третьим входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с третьим входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с первым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с третьим входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора соединен с четвертым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с четвертым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с четвертым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с четвертым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора соединен с седьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, второй его выход соединен с седьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с седьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока контроля температуры обмоток соединен с пятым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с пятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с пятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с третьим входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с пятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния трансформаторного масла соединен с шестым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с шестым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с шестым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с четвертым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с шестым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля положения устройства РПН соединен с седьмым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с восьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с восьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты соединен с девятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с девятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока расчета интегральных характеристик трансформатора соединен с восьмым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с десятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с десятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока регистрации аварийных процессов соединен с одиннадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с восьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, четвертый его выход соединен с первым входом блока визуализации контролируемых параметров, первый выход блока расчетных моделей соединен с двенадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с первым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, четвертый его выход соединен с пятым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен со вторым входом блока визуализации контролируемых параметров, первый выход блока дистанционного управления устройством РПН соединен с третьим входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен со вторым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, четвертый его выход соединен с девятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока управления системой масляного охлаждения соединен с четвертым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, первый выход блока обработки и архивирования полученных данных соединен с пятым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с четвертым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, третий его выход соединен с входом блока контроля изменений параметров трансформатора, четвертый его выход соединен с третьим входом блока дистанционного управления устройством РПН, пятый его выход соединен с шестым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, шестой его выход соединен с десятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока ведения журналов состояния трансформатора соединен с шестым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока контроля изменений параметров трансформатора соединен с пятым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока визуализации контролируемых параметров соединен с четвертым входом блока дистанционного управления устройством РПН (см. патент РФ на изобретение №2242830, Н02Н 7/04).
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает непрерывный контроль всего комплекса рабочих параметров, необходимых для достоверной оценки технического состояния силового трансформатора.
Другим недостатком является то, что известное устройство не обеспечивает классификацию технического состояния трансформатора по иерархическим уровням в зависимости от степени отклонения контролируемых параметров от заданных значений. Известное устройство обеспечивает лишь включение и отключение звуковой и световой сигнализации оповещения обслуживающего персонала по результатам сравнения контролируемых либо вычисляемых параметров с допустимыми параметрами трансформатора. Вышеперечисленные недостатки приводят к снижению достоверности контроля технического состояния силового трансформатора и ограничивают возможности предотвращения его аварий путем оперативного вмешательства обслуживающего персонала.
Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности работы силового трансформатора.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в предотвращении возникновения аварийных ситуаций путем осуществления комплексной работы по диагностическому контролю основных рабочих параметров трансформатора в режиме реального времени, оценки степени развития дефектов и уровня опасности возникновения аварийных ситуаций, локализации и идентификации неисправностей в изоляции трансформатора и устройства регулирования напряжения под нагрузкой, а также оперативного информирования персонала об уровне отклонений от заданных допустимых пределов и степени опасности возникновения аварий.
Поставленная задача решается тем, что устройство для мониторинга силовых трансформаторов, содержащее блок измерения величины тока, блок измерения величины напряжения, блок измерения температуры окружающей среды, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора, блок контроля температуры обмоток, блок контроля состояния трансформаторного масла, блок обработки и архивирования полученных данных, блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, блок контроля положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), блок расчета интегральных характеристик трансформатора, блок регистрации аварийных процессов, блок расчетных моделей, блок управления системой масляного охлаждения трансформатора, блок дистанционного управления устройством РПН, блок ведения журналов состояния трансформатора, блок визуализации контролируемых параметров, блок интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, блок контроля изменений параметров трансформатора, при этом первый выход блока измерения величины тока соединен с первым входом блока расчета интегральных характеристик трансформатора, второй его выход соединен с первым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен с первым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен с первым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен с первым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен с первым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, седьмой его выход соединен с первым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока измерения величины напряжения соединен со вторым входом блока расчета интегральных характеристик, второй его выход соединен со вторым входом блока регистрации аварийных процессов, третий его выход соединен со вторым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен со вторым входом блока обработки и архивирования полученных данных, пятый его выход соединен со вторым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, шестой его выход соединен со вторым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока измерения температуры окружающей среды соединен с третьим входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с третьим входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с первым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с третьим входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора соединен с четвертым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с четвертым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с четвертым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с четвертым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора соединен с седьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, второй его выход соединен с седьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с седьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока контроля температуры обмоток соединен с пятым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с пятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с пятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с третьим входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с пятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля состояния трансформаторного масла соединен с шестым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с шестым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с шестым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен с четвертым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен с шестым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока контроля положения устройства РПН соединен с седьмым входом блока расчетных моделей, второй его выход соединен с восьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с восьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных, четвертый его выход соединен со вторым входом блока дистанционного управления устройством РПН, первый выход блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты соединен с девятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с девятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока расчета интегральных характеристик трансформатора соединен с восьмым входом блока расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с десятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с десятым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока регистрации аварийных процессов соединен с одиннадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с восьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, четвертый его выход соединен с первым входом блока визуализации контролируемых параметров, первый выход блока расчетных моделей соединен с двенадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, третий его выход соединен с первым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, четвертый его выход соединен с пятым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, пятый его выход соединен со вторым входом блока визуализации контролируемых параметров, первый выход блока дистанционного управления устройством РПН соединен с третьим входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен со вторым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, четвертый его выход соединен с девятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока управления системой масляного охлаждения соединен с четвертым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, третий его выход соединен с третьим входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, первый выход блока обработки и архивирования полученных данных соединен с пятым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с четвертым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, третий его выход соединен с входом блока контроля изменений параметров трансформатора, четвертый его выход соединен с третьим входом блока дистанционного управления устройством РПН, пятый его выход соединен с шестым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора, шестой его выход соединен с десятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, первый выход блока ведения журналов состояния трансформатора соединен с шестым входом блока визуализации контролируемых параметров, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока контроля изменений параметров трансформатора соединен с пятым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, первый выход блока визуализации контролируемых параметров соединен с четвертым входом блока дистанционного управления устройством РПН, согласно изобретению оно снабжено блоком контроля интенсивности частичных разрядов, блоком вибрационного контроля трансформатора и блоком цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора, при этом первый выход блока контроля интенсивности частичных разрядов соединен с пятнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, третий его выход соединен с девятым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен с пятнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, при этом первый выход блока вибрационного контроля трансформатора соединен с шестнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты, третий его выход соединен с десятым входом блока расчетных моделей, четвертый его выход соединен с шестнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора, а вход блока цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора соединен со вторым выходом блока визуализации контролируемых параметров.
Непрерывная регистрация уровня и распределения частичных разрядов (ЧP) в изоляции вводов, обмоток и магнитопровода позволяет определить места возникновения ЧP и механизм разрушения изоляции: ЧP на поверхности обмоток свидетельствуют о разрушении полупроводящего покрытия в результате вибрации и ослабления крепления; ЧP в глубине изоляции - о наличии полостей и расслоений в результате постоянного превышения температуры при длительной работе силового трансформатора вне области допустимых режимов работы; ЧP между изоляцией и проводником возникают в результате циклических нагрузок.
Таким образом, это позволяет определять локализацию места возникновения дефектов, а следовательно, оперативно выявлять неисправности, вызванные деструктивными процессами в изоляции обмоток и магнитопровода, например, такие дефекты, как витковые замыкания, разрушения изоляции вследствие перегрева, механические повреждения и др. А регистрация трехмерных координат каждого импульса частичного разряда в баке трансформатора позволяет дать оценку объемного распределения частичных разрядов в отдельных зонах бака, локализацию мест возникновения участков с повышенной разрядной активностью и динамикой изменения их состояния.
Задание уровней классификации технического состояния трансформатора и осуществление световой сигнализации оповещения обслуживающего персонала различными цветовыми сигналами позволяют повысить достоверность и оперативность информирования персонала о степени опасности отклонений параметров от заданных допустимых пределов.
Таким образом, совокупность существенных отличительных признаков заявляемого устройства позволяет непрерывно измерять и обрабатывать информацию об интенсивности, амплитудах, фазах и пространственных координатах импульсов частичных разрядов в высоковольтных вводах и баке силового трансформатора, измерять параметры вибрации на поверхности бака трансформатора и РПН, обеспечивать повышение достоверности оперативной оценки технического состояния силового трансформатора за счет расширения перечня контролируемых параметров.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлена схема устройства для мониторинга силовых трансформаторов;
- на фиг. 2 представлена объемная схема, поясняющая формирование участков с повышенной разрядной активностью в баке трансформатора;
- на фиг. 3 представлены временные диаграммы изменения виброскорости, измеренной на стенке бака, и тока нагрузки фазы трансформатора.
Заявляемое устройство для мониторинга силовых трансформаторов, содержит блок измерения величины тока 1, блок измерения величины напряжения 2, блок измерения температуры окружающей среды 3, блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4, блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора 5, блок контроля температуры обмоток 6, блок контроля состояния трансформаторного масла 7, блок обработки и архивирования полученных данных 8, снабженный системой, запрограммированной в соответствии с основными параметрами работы силового трансформатора в режиме эксплуатации, блок оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, блок контроля положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) 10, блок расчета интегральных характеристик трансформатора 11, блок регистрации аварийных процессов 12, блок расчетных моделей 13 по данным измерений в реальном масштабе времени, блок управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, блок дистанционного управления устройством РПН 15, блок ведения журналов состояния трансформатора 16, блок визуализации контролируемых параметров 17, блок интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18, такие как: автоматизированная система дистанционного управления (АСДУ), автоматизированная система учета электроэнергии (АСУЭ); блок контроля изменений параметров трансформатора 19 в процессе его эксплуатации.
При этом первый выход блока измерения величины тока 1 соединен с первым входом блока расчета интегральных характеристик трансформатора 11, второй его выход соединен с первым входом блока регистрации аварийных процессов 12, третий его выход соединен с первым входом блока расчетных моделей 13, четвертый его выход соединен с первым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, пятый его выход соединен с первым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, шестой его выход соединен с первым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, седьмой его выход соединен с первым входом блока дистанционного управления устройством РПН 15.
Первый выход блока измерения величины напряжения 2 соединен со вторым входом блока расчета интегральных характеристик трансформатора 11, второй его выход соединен со вторым входом блока регистрации аварийных процессов 12, третий его выход соединен со вторым входом блока расчетных моделей 13, четвертый его выход соединен со вторым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, пятый его выход соединен со вторым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, шестой его выход соединен со вторым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока измерения температуры окружающей среды 3 соединен с третьим входом блока расчетных моделей 13, второй его выход соединен с третьим входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с третьим входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, четвертый его выход соединен с первым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, пятый его выход соединен с третьим входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4 соединен с четвертым входом блока расчетных моделей 13, второй его выход соединен с четвертым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с четвертым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, четвертый его выход соединен со вторым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, пятый его выход соединен с четвертым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора 5 соединен с седьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, второй его выход соединен с седьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с седьмым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8.
Первый выход блока контроля температуры обмоток 6 соединен с пятым входом блока расчетных моделей 13, второй его выход соединен с пятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с пятым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, четвертый его выход соединен с третьим входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, пятый его выход соединен с пятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока контроля состояния трансформаторного масла 7 соединен с шестым входом блока расчетных моделей 13, второй его выход соединен с шестым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с шестым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, четвертый его выход соединен с четвертым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, пятый его выход соединен с шестым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока контроля положения устройства РПН 10 соединен с седьмым входом блока расчетных моделей 13, второй его выход соединен с восьмым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с восьмым входом блока обработки и архивирования полученных даны 8, четвертый его выход соединен со вторым входом блока дистанционного управления устройством РПН 15.
Первый выход блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9 соединен с девятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, второй его выход соединен с девятым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8.
Первый выход блока расчета интегральных характеристик трансформатора 11 соединен с восьмым входом блока расчетных моделей 13 по данным измерений в реальном масштабе времени, второй его выход соединен с десятым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен с десятым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8.
Первый выход блока регистрации аварийных процессов 12 соединен с одиннадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, третий его выход соединен с восьмым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, четвертый его выход соединен с первым входом блока визуализации контролируемых параметров 17.
Первый выход блока расчетных моделей 13 соединен с двенадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, третий его выход соединен с первым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18, четвертый его выход соединен с пятым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, пятый его выход соединен со вторым входом блока визуализации контролируемых параметров 17.
Первый выход блока дистанционного управления устройством РПН 15 соединен с третьим входом блока визуализации контролируемых параметров 17, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16, третий его выход соединен со вторым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18, четвертый его выход соединен с девятым входом блока 9 оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты.
Первый выход блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14 соединен с четвертым входом блока визуализации контролируемых параметров 17, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатор 16, третий его выход соединен с третьим входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18.
Первый выход блока обработки и архивирования полученных данных 8 соединен с пятым входом блока визуализации контролируемых параметров 17, второй его выход соединен с четвертым входом блока интеграции системы мониторинга 18 (например, в автоматизированную систему дистанционного управления, автоматизированную систему учета электроэнергии), третий его выход соединен с входом блока контроля изменений параметров трансформатора 19, четвертый его выход соединен с третьим входом блока дистанционного управления устройством РПН 15, пятый его выход соединен с шестым входом блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, шестой его выход соединен с десятым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9.
Первый выход блока ведения журналов состояния трансформатора 16 соединен с шестым входом блока визуализации контролируемых параметров 17, второй его выход соединен с тринадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8.
Первый выход блока контроля изменений параметров трансформатора 19 соединен с пятым входом блока интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18, второй его выход соединен с четырнадцатым входом блока 8 обработки и архивирования полученных данных.
Первый выход блока визуализации контролируемых параметров 17 соединен с четвертым входом блока дистанционного управления устройством РПН 15.
Кроме того устройство для мониторинга силовых трансформаторов снабжено блоком контроля интенсивности частичных разрядов 20, блоком вибрационного контроля трансформатора 21 и блоком цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора 22.
Причем в качестве блока 20 может быть использован прибор AR700, который применяется для регистрации и анализа акустических сигналов на внешней поверхности бака силовых трансформаторов и другого маслонаполненного высоковольтного оборудования. Наличие в приборе 4 синхронных каналов регистрации сигналов с акустических датчиков дает возможность эффективно решать задачу локации места возникновения дефекта внутри трансформатора. Основным параметром для этого служит разница во времени прихода акустического сигнала к разным датчикам.
В качестве блока 21 может быть использован анализатор вибросигналов марки «Диана-2М», входящим в поставку системы «Веста». Датчик вибрации фиксируется на поверхности бака трансформатора при помощи магнита. В режиме холостого хода трансформатора вибрирует только магнитопровод, а в режиме нагрузки добавляется вибрация обмоток. Если обмотка хорошо запрессована, то она вибрирует на частоте 100 Гц. Если усилие прессовки обмотки или сердечника меньше нормы, то в спектре вибрации появляются высшие гармоники, кратные 100 Гц - 200, 300, …, 1000 Гц. Для количественной оценки качества прессовки используют расчетные «коэффициенты состояния» прессовки. Это позволяет унифицировать диагностические заключения для всех типов трансформаторов.
Границы технического состояния контролируемых параметров определяют следующим образом:
- Если значение расчетного коэффициента состояния (прессовки обмотки, прессовки активной стали) больше чем 0,9, то это зона хорошего состояния.
- Если он меньше 0,9, но больше чем 0,8, то данный параметр соответствует критериям удовлетворительного состояния
- Если его значение ниже 0,8 - это зона тревожного и даже аварийного состояния. Следует принимать меры о возможных способах улучшения состояния трансформатора.
В качестве блока 22 может быть использован экран монитора, на котором изображена область в виде пяти цветового светофора: зеленый, желтый, оранжевый, красный и цвет бордо, либо отдельно выполненное световом табло на основе световых диодом указанных цветов.
Отличительные особенности заявляемого устройства мониторинга позволяют на ранних этапах выявить проблемы, требующие быстрого анализа и немедленного их устранения, а также обеспечить оперативную информативность персонала о состоянии работы трансформатора.
При этом первый выход блока контроля интенсивности частичных разрядов 20 соединен с пятнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, второй его выход соединен с одиннадцатым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, третий его выход соединен с девятым входом блока расчетных моделей 13, четвертый его выход соединен с пятнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16.
При этом первый выход блока вибрационного контроля трансформатора 21 соединен с шестнадцатым входом блока обработки и архивирования полученных данных 8, второй его выход соединен с двенадцатым входом блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, третий его выход соединен с десятым входом блока расчетных моделей 13, четвертый его выход соединен с шестнадцатым входом блока ведения журналов состояния трансформатора 16.
Вход блока цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора 22 соединен со вторым выходом блока визуализации контролируемых параметров. 17
Устройство для мониторинга силовых трансформаторов (фиг. 1) работает следующим образом.
Все основные рабочие параметры силового трансформатора измеряют и контролируют с помощью блоков измерения первичных параметров.
Блок измерения величины тока 1 осуществляет измерение мгновенных, средних и действующих значений тока в обмотках высокого, среднего и низкого напряжения в фазах А, В, С, обеспечивая постоянный контроль всех значений тока и слежение за наличием или отсутствием перегрузок по току.
Блок измерения величины напряжения 2 осуществляет измерение мгновенных, средних и действующих значений напряжения в обмотках высокого, среднего и низкого напряжения в фазах А, В, С, обеспечивая постоянный контроль всех значений напряжения и слежение за наличием или отсутствием перегрузок по напряжению.
Блок измерения температуры окружающей среды 3 осуществляет постоянный контроль за значением указанной температуры.
Блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4 осуществляет измерение температуры верхних слоев трансформаторного масла, измерение температуры трансформаторного масла на входе и выходе охладителей, контроль уровня масла и контроль давления масла в баке трансформатора и баке устройства РПН, что позволяет полностью контролировать систему масляного охлаждения трансформатора и своевременно предупреждать аварийные ситуации, которые могут возникнуть при повышении или понижении уровня масла в баке трансформатора или баке устройства РПН, при резком повышении давления масла в баке трансформатора или баке устройства РПН, при повышении температуры масла в баке трансформатора или баке устройства РПН выше допустимой.
Блок контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора 5 осуществляет измерение давления масла в вводах и измерение токов утечки в изоляции.
Блок контроля температуры обмоток 6 осуществляет измерение температуры в обмотках высокого, среднего и низкого напряжения в фазах А, В, С.
2
2
2
2
4
2
6
2
Блок контроля состояния трансформаторного масла 7 осуществляет измерение температуры масла, его влажности и концентрации растворенных газов в масле в баке трансформатора и баке устройства РПН. Для силовых трансформаторов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов печь-ковш блок 7 должен обеспечивать непрерывный контроль от шести до девяти присутствующих в масле горючих газов и скорость их генерации. Минимальный перечень газов, подлежащих контролю: СО, Н, СН, СН, СН, СН.
Обработку первичных параметров осуществляют блок расчета интегральных характеристик трансформатора 11 и блок регистрации аварийных процессов 12. На основе информации, поступающей из блока измерения величины тока 1 и от блока измерения величины напряжения 2, блок расчета интегральных характеристик трансформатора 11 осуществляет расчет всех необходимых электрических и неэлектрических характеристик, в том числе активной, реактивной и полной мощности, энергии, коэффициента нагрузки, коэффициента мощности. На основе информации, поступающей от блока измерения величины тока 1 и блока измерения величины напряжения 2, с учетом рассчитываемых интегральных характеристик в блоке регистрации аварийных процессов 12, производится автоматическая запись осциллограмм при превышении допустимых мгновенных, средних и действующих значений любого из измеряемых параметров.
Блок контроля положения устройства РПН 10 обеспечивает получение информации о положении устройства РПН в фазах А, В и С, времени начала и завершения переключений устройства РПН в каждой из фаз, количестве переключений устройства РПН, что позволяет осуществлять оперативный контроль за работой устройства РПН.
Блок расчетных моделей 13 по данным измерений в реальном масштабе времени на основе информации, поступающей от блока измерения величины тока 1, блока измерения величины напряжения 2, блока измерения температуры окружающей среды 3, блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4, блока контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора 5, блока контроля температуры обмоток 6, блока контроля состояния трансформаторного масла 7, блока контроля положения устройства РПН 10, осуществляет вычисление срока службы силового трансформатора с учетом величины температуры наиболее нагретой точки обмотки, качества передаваемой энергии, активной, реактивной и полной мощности, средних значений тока и напряжения в трехфазной сети, положительных и отрицательных последовательностей тока и напряжения, небаланса токов и напряжений в трехфазной сети, коэффициента мощности, отношения амплитуды нулевой гармоники тока к сумме всех гармоник тока, косинуса разности фаз гармоник тока и напряжения, потребления электроэнергии (активной и реактивной), общего процента гармонических искажений, коэффициента трансформации, допустимого коэффициента нагрузки, срока службы трансформатора, срока службы устройства РПН, скорости старения изоляции.
При возникновении аварийной ситуации в одной или нескольких системах трансформатора срабатывает система защиты, что вызывает включение звуковой и световой сигнализации блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9. Аварийная сигнализация отключается только после принятия обслуживающим персоналом мер по устранению аварийной ситуации.
Блок управления системой масляного охлаждения трансформатора 14 использует информацию, поступающую от блока контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4 и блока расчетных моделей 13. Управление системой масляного охлаждения трансформатора позволяет обеспечить минимальные колебания температуры масла в системе масляного охлаждения трансформатора, а также контролировать износ приводов системы охлаждения.
Блок дистанционного управления устройством РПН 15 осуществляет переключение устройства РПН по команде оператора или диспетчера с удаленного диспетчерского пункта через блок визуализации контролируемых параметров 17. Блок дистанционного управления устройством РПН 15 может блокировать его переключения при получении информации от блока измерения величины тока о перегрузках трансформатора по току.
Блок ведения журналов состояния трансформатора 16 осуществляет непрерывную регистрацию всех текущих параметров, измеряемых и контролируемых блоком измерения величины тока 1, блоком измерения величины напряжения 2, блоком измерения температуры окружающей среды 3, блоком контроля системы масляного охлаждения трансформатора 4, блоком контроля состояния высоковольтных вводов трансформатора 5, блоком контроля температуры обмоток 6, блоком контроля состояния трансформаторного масла 7, блоком контроля положения устройства РПН 10. Блок ведения журналов состояния трансформатора 16 непрерывно регистрирует также все расчетные параметры, поступающие в него от блока расчета интегральных характеристик трансформатора 11, блока расчетных моделей 13, а также от блока регистрации аварийных процессов 12. Регистрирует блок ведения журналов состояния трансформатора 16 и информацию о срабатывании блока оповещения обслуживающего персонала о состоянии системы защиты 9, а также о действиях, осуществляемых с помощью блока дистанционного управления устройством РПН 15 и блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14.
Блок обработки и архивирования полученных данных 8, снабженный системой, запрограммированной в соответствии с основными допустимыми параметрами работы силового трансформатора в режиме эксплуатации, осуществляет обработку и ведение архивов всех измеряемых и расчетных параметров, а также всех происходящих в процессе эксплуатации трансформатора событий, сравнивает поступающие в него данные с допустимыми параметрами работы трансформатора.
Блок контроля изменений параметров трансформатора 19 в процессе его эксплуатации позволяет на основании архивных данных, поступающих из блока обработки и архивирования полученных данных 8, в любой момент времени восстановить информацию о происшедших и происходящих процессах за время эксплуатации трансформатора и об изменениях в состоянии его важнейших систем, а также прогнозировать его состояние на основе имеющихся тенденций.
Блок визуализации контролируемых параметров 17 обеспечивает оператору возможность удобной работы с текущими, архивными и полученными расчетным путем значениями рабочих параметров в виде таблиц и/или графиков, что позволяет своевременно отследить возникновение предаварийной или аварийной ситуации и принять меры по предотвращению и/или устранению такой ситуации.
Блок интеграции системы мониторинга в другие автоматизированные системы 18 позволяет диспетчерам осуществлять на расстоянии контроль всех рабочих параметров и работу с архивными данными, а также с информацией о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях. Информация о значениях замеренных рабочих параметров, о параметрах, полученных расчетным путем, и о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора событиях поступает в блок интеграции системы мониторинга 18 от блока расчетных моделей 13, блока дистанционного управления устройством РПН 15, блока управления системой масляного охлаждения трансформатора 14, блока обработки и архивирования полученных данных 8, блока контроля изменений параметров трансформатора 19 в процессе его эксплуатации. Это позволяет осуществлять дистанционное управление работой важнейших систем трансформатора с центрального диспетчерского пункта и постоянное слежение за режимами его работы.
Функции регистрации контролируемых параметров, хранения и отображения исходной и расчетной информации, обработки и архивирования данных, обработки информации о происходящих в процессе эксплуатации трансформатора изменениях, ведения журналов состояния трансформатора, визуализации и обеспечения работы с текущими, архивными и полученными расчетным путем значениями рабочих параметров в виде таблиц и/или графиков, дистанционного контроля работы систем трансформатора с центрального диспетчерского пункта не отличаются от функций устройства, принятого за прототип.
Блок контроля интенсивности частичных разрядов 20 обеспечивает акустический контроль и непрерывную фиксацию интенсивности частичных разрядов, а также амплитуду, фазу и пространственные координаты каждого импульса. С помощью встроенного программного обеспечения осуществляется обработка информации об интенсивности, амплитудах, фазах и пространственных координатах импульсов частичных разрядов, по результатам которой определяются участки с наибольшей разрядной активностью. Поскольку частичные разряды являются признаками деструктивных процессов в изоляции, это позволяет оперативно локализовать место возникновения неисправности в объемном пространстве бака трансформатора. Сказанное поясняется с помощью диаграммы частичных разрядов, представленной на фиг. 2 в трехмерных координатах. На диаграмме условно показаны центры участков с повышенной интенсивностью разрядных явлений. Анализ пространственного перемещения данных центров, а также динамики изменения разрядной активности позволяет выполнять оценку интенсивности развития деструктивных процессов в изоляции в реальном времени. Реализацию данного метода обработки пространственных координат целесообразно осуществлять с помощью подпрограммы, реализующей алгоритм субтрактивной кластеризации, входящей в пакет прикладных программ MATLAB (см. например, Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. Проектирование систем управления\Fuzzy Logic Toolbox - http://matlab.exponenta.ru/fuzzylogic/book1/12_2.php).
Блок вибрационного контроля трансформатора 21 осуществляет контроль параметров вибрации: виброскорости и/или виброускорения, замеренных непосредственно на баке трансформатора и крышке бака РПН. Необходимость контроля данных параметров поясняется с помощью временных диаграмм (трендов) виброскорости (верхний график) и тока фазы силового трансформатора (нижний график), полученных по результатам измерений в течение месяца, представленных на фиг. 3. Сравнительный анализ этих трендов позволяет сделать вывод об их взаимной идентичности, т.е. об однозначном влиянии резкопеременной нагрузки на показатели вибрации. Размах колебаний виброскорости превышает 50 мм/с при допустимом уровне 10 мм/с. Это приводит к ослаблению прессовки обмоток и магнитопровода силового трансформатора и вытекающим аварийным последствиям. Кроме того, вибрационный контроль силового трансформатора позволяет оценить состояния его механической системы, выявить и в последующем устранить дефекты, например, резонансных вибраций трубопроводов, износа подшипников маслонасосов. Приведенные диаграммы подтверждают актуальность непрерывного контроля параметров вибрации корпуса силового трансформатора и РПН.
По результатам обработки информации о превышении текущими значениями любого из измеряемых параметров заданных допустимых пределов осуществляются регистрация и контроль развития аварийных процессов. Для этого в блоке цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора 22 задаются уровни классификации технического состояния трансформатора. По результатам расчета диагностических параметров осуществляют градацию технического состояния по нескольким условным уровням, характеризующим техническое состояние. Согласно рекомендациям руководящих документов концерна «РОСЭНЕРГОАТОМ» устанавливают уровни классификации: «норма», «норма с отклонениями», «норма со значительными отклонениями», «ухудшенное», «предаварийное». Сигнализация о превышении одним либо несколькими параметрами пороговых значений, заданных для каждого уровня, вызывает включение дифференциального цветового сигнала на экране монитора либо световом табло. Так, диапазону «норма» соответствует зеленый сигнал, диапазонам «норма с отклонениями», «норма со значительными отклонениями», «ухудшенное», «предаварийное» соответствуют желтый, оранжевый, красный цвета и цвет бордо, соответственно. Это позволяет своевременно отследить возникновение предаварийной ситуации и принять оперативные меры по предотвращению ее развития.
Заявляемое устройство для мониторинга силовых трансформаторов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов печь-ковш в процессе их эксплуатации в режиме реального времени обеспечивает контроль его основных рабочих параметров, оперативную оценку степени развития дефектов и уровня опасности возникновения аварийной ситуации, локализацию места возникновения неисправности в изоляции трансформатора, высоковольтных вводов и механических узлах.
Техническая реализация устройства для мониторинга силовых трансформаторов обеспечивает снижение вероятности возникновения аварий за счет повышения достоверности диагностического контроля технического состояния трансформатора, локализации и идентификации неисправности в изоляции обмоток трансформатора, устройства РПН, механических узлах и оперативного информирования персонала об уровне отклонений параметров от заданных допустимых пределов и степени опасности возникновения аварий.