Применение технологии промышленного интернета для повышения эффективности технического обслуживания и эксплуатации силовых подстанций

УДК 621.3.082.79

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ИНТЕРНЕТА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СИЛОВЫХ

ПОДСТАНЦИЙ

В.М. Степанов, А. С. Судавный

Использование технологии промышленного интернета в диагностике неисправностей электротехнического оборудования. В данной статье рассмотрена возможность дистанционной и непрерывной диагностики оборудования силовой подстанции.

Ключевые слова: промышленный интернет, электротехнические устройства, частичные разряды, диагностика, трансформаторы тока.

Промышленный интернет можно условно разделить на несколько уровней: уровень датчиков и сенсоров, снимающих характеристики с оборудования, уровень коннекторов и оборудования, способного передавать полученные данные через 08М-каналы связи на уровень цифровой платформы, где аккумулируется, хранится и обрабатывается полученная информация. Разместив в оборудовании на подстанции постоянно находящиеся на связи датчики регистрации параметров электротехнических устройств, мы можем дистанционно и детально контролировать состояние данных устройств.

Перспективным направлением для контроля и прогнозирования состояния состояния электротехнических устройств является контроль частичных разрядов в изоляции электротехнических устройств. Непрерывный контроль уровня частичных разрядов высоковольтных аппаратов силовых подстанций позволит диагностировать дефекты изоляции оборудования на ранней стадии и не допустить аварии.

Устройство для непрерывного контроля сигнала частичных разрядов и обнаружения их очага на силовой подстанции в условиях эксплуатации относится к области измерения и может быть использовано для измерения сигналов частичных разрядов (ЧР) в электрической изоляции трёхфазных высоковольтных аппаратов под рабочим напряжением с целью диагностики возникновения дефектов с возможностью контроля, как системы высоковольтных аппаратов в целом, так и единичных её элементов.

Данное устройство состоит из активной части в виде системы проводящих электрически связанных между собой элементов, находящихся под высоким напряжением и окруженных слоями изоляции и схемы обработки и регистрации сигнала ЧР. В схеме обработки и регистрации ЧР присутствует коммутатор, позволяющий отключать и подключать контролируемые высоковольтные аппараты от схемы обработки и регистрации сигнала ЧР без дополнительных монтажных и демонтажных работ.

Коммутатор, снабженный цифровым интерфейсом через устройство передачи данных по 08М-каналам связи, передаёт полученную информацию на цифровую платформу (облачное хранилище данных, сервер и т.п.) Преимуществом данного устройства является возможность непрерывной диагностики оборудования не требующей вывода контролируемых объектов из работы. Сигнал об уровне частичных разрядов подаётся на вход коммутатора и в зависимости от уровня частичных разрядов коммутатор либо оставляет схему в первоначальном виде, либо при отличии уровня ЧР от нормы для данной подстанции, отключает от схемы общую точку контроля подстанции и начинает поочерёдный контроль аппаратов, входящих в структуру подстанции. При переключении между контролируемыми аппаратами учитываются их конструктивные особенности: для аппаратов без ёмкостных делителей в конструкции применяется схема с ёмкостными делителями, а для аппаратов с встроенными ёмкостными делителями без.

Всего можно выделить три характерные зоны, обусловленные различной природой возникновения помех. На частоте приблизительно до 3000Гц уровень помех определяется частотой сети и её высших гармонических составляющих.

На участке частотой от 3 до 30 кГц уровень помех определяется коронным разрядом на проводах и ошиновке ПС.

На участке частоты выше 30 кГц уровень помех определяется ВЧ каналами связи и телемеханики ВЛ, радиостанций, телевидения и т.д. Исходя из этого, можно заключить, что в области до 3 кГц измерения ЧР невозможны в связи со значительным уровнем помех. В области частот от 3 до 30 кГц возможны измерения ЧР, превышающих уровень короны. В остальной части, т. е. выше 30 кГц, измерения ЧР превышающих уровень короны, возможны при условии отстройки от регулярных помех.[1]

Коммутатор, имея связь с уровнем цифровой платформы, сигнал о тех или иных действиях получает в результате обратной связи, полученной от программы, которая является надстройкой для облачного хранилища. Эти программы способны анализировать полученную информацию и выдавать готовые решения и рекомендации для дальнейшей эксплуатации оборудования.

Сигнал поступивший в цифровую платформу обрабатывается нейронной сетью и при фиксации повышенного уровня частичных разрядов, коммутатор в ответ получает сигнал о начале попеременного снятия показаний с устройств подключенных к системе диагностики и контроля.

Устройство контроля частичных разрядов способно собирать информацию с довольно большого числа электрооборудования. При использовании технологий промышленного интернета и облачных хранилищ данных, перспективным представляется применение технологий машинного обучения (нейронных сетей) для построения цифровой модели диагно-

стики и прогнозирования состояния электротехнических устройств. Обладая огромным количеством данных, мы можем построить достаточно точные модели предсказывающие состояние оборудования.

Применяемая прогнозная модель, созданная при помощи машинного обучения, позволяет оценивать и предсказывать этапы жизненного цикла основных электротехнических устройств силовых подстанций.

Таким образом, полностью меняется подход к техническому обслуживанию огромного количества электротехнических устройств, применяемых для оборудования подстанций. Предварительные расчёты показывают, что такой подход позволяет экономить 8-10% на ремонте и обслуживании оборудования. В дальнейшем, по мере развития системы, она позволит лучше обслуживать и дольше эксплуатировать технику.

Для каждого вида электротехнических устройств существуют свои регламенты и нормативы обслуживания, основанные на опыте эксплуатации и приблизительных расчётах запаса прочности. Достаточно часто после проведения регламентных работ констатируется отсутствие отклонений и повреждений, таким образом, производится необязательный комплекс работ.

Введя систему постоянного мониторинга мы решаем вопрос оптимизации затрат на выездное сервисное обслуживание, детальный удаленный контроль состояния. Обслуживающий персонал будет всегда проинформирован, в каком состоянии находятся оборудование, будет заранее знать о начале деградации в изоляции электротехнических устройств, и выводить элементы системы в ремонт, не допуская аварийных ситуаций и в то же время, не производя лишнюю работу по регламентному техническому обслуживанию.

Таким образом, электроустановка продолжает работать, оборудование функционирует в штатном режиме, и нет необходимости в выведении оборудования из эксплуатации при проведении регламентных работ. Это обеспечивает бесперебойное и надёжное электроснабжение потребителей и, как следствие, экономические выгоды для электроснабжающих и эксплуатирующих компаний.

Список литературы

1. Поляков В.С. Частичные разряды основной диагностирующий параметр системы непрерывного контроля электрооборудования // Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 34 «Современные технологии оценки технического состояния электрооборудования на основе измерения частичных разрядов". - Санкт-Петербург.: ПЭИПК, 2011 г. 458 с.

2. РД 34.45-51.300-97. Объём и нормы испытаний электрооборудования. М., 1997.

3. Пат. 2393494 РФ. Устройство непрерывного контроля сигнала частичных разрядов в изоляции трехфазных высоковольтных аппаратов в условиях эксплуатации / В.С. Поляков, В.С. Гурьянов // Бюл. 27.06.10. № 18.

4. Министерство энергетики. Образ цифровой энергетики. [Электронный ресурс]. URL: https://minenergo.gov.ru/node/9464 (дата обращения 07.11.2017).

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ener-gy@tsu. tula. ru,Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Судавный Андрей Сергеевич, асп., sudavny_a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

APPLICATION OF INDUSTRIAL INTERNET TECHNOLOGY FOR INCREASING

THE EFFICIENCY OF TECHNICAL MAINTENANCE AND OPERATION OF POWER CONSTRUCTIONS

V.M. Stepanov, A.S. Sudavny

Use of industrial Internet technology in the diagnosis of electrical equipment malfunctions. This article is devoted to the possibility of remote and continuous diagnostics of power substation equipment.

Key words: Industrial Internet, electrotechnical devices, partial discharges, diagnostics, current transformers.

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sudavny Andrew Sergeevich, postgraduate, sudavny_a@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University