Учебное пособие 800516

убедились в его безупречности, надежности, устойчивости в работе и реальной возможности в решении широкого круга проблем проистекающих внутри бака трансформатора и, которые нет возможности точно выявлять без вскрытия трансформатора.

Простота в использовании ИРТИС-2000 при производстве термографической съемки, а также простота в обработке полученных термографических данных – всё это говорит только в пользу приобретения и использования прибора ИРТИС-2000 на Железнодорожном транспорте для проведения завершенной комплексной диагностики всего оборудования, используемого

в хозяйстве «Электрификации и электроснабжения» 3 .

Произведя расчет экономического эффекта от внедрения ИРТИС-2000 на ЮВжд определили четыре эффектообразующих

фактора 4,5 (Эр = 430,2 тыс. руб., Эсв = 588,08 тыс. руб.,

Эао = 100,52 тыс. руб., Эт = 1096,14 тыс. руб.), опираясь на которые, рассчитали чистый дисконтированный доход (ЧДД = 759,41 тыс. руб.) от внедрения, при незначительном сроке окупаемости (Ток = 0,52 года) и, тем самым, ещё раз убедились в правильном выборе.

Считаем, что при своевременном использовании ИРТИС2000 в диагностической работе будет предотвращено огромное количество аварий путем выявления проблемных участков, даже без предварительного вывода оборудования из эксплуатации и необходимого вскрытия некоторого оборудования.

Литература

1. Тепловизионный контроль силовых трансформаторов и высоковольтных вводов. Методические указания. Ростов-на-

Дону, 2000. – С.12.

2.Инструкция по эксплуатации силовых трансформаторов. –

Л.: Энергия, 2012. – 429 c.

3.Нормы испытаний электрооборудования. М.: Атомиздат,

1978.

4.Сборник директивных материалов. Электротехническая часть. М.: СПО «Союзтехэнерго», 1985.

5.Голодное Ю. М. Контроль за состоянием трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

Воронежский государственный технический университет

121

УДК 621.31

П. Р. Вервекин, И. А. Линников, Т. Л. Сазонова

КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рассматриваются современные методы комплексного диагностического мониторинга и контроля технического состояния высоковольтных трансформаторов.

Ключевые слова: силовые трансформаторы, мониторинг, трансформаторное масло, частичные разряды, развивающиеся дефекты.

В процессе эксплуатации силовых трансформаторов неизбежно появление в них различных дефектов, которые, развиваясь, при отсутствии необходимых систем диагностического мониторинга и контроля рано или поздно приводят к серьезным аварийным ситуациям [1]. Последние влекут за собой существенные экономические последствия, связанные с перебоями электроснабжения потребителей, а также со значительными затратами на ремонтные работы [2].

В последнее время разработаны и успешно применяются в электроэнергетике различные современные методы диагностики

(водород (Н2), метан (СH4), ацетилен (С2Н2), этилен (С2H4), этан (С2Н6), оксид углерода (CO), диоксид углерода (СО2)).

Состав и концентрация вышеперечисленных газов в масле могут свидетельствовать о наличии тепловых перегревов и возникновении частичных разрядов в изоляции трансформатора, то есть о развитии дефектов.

Диагностика развивающихся дефектов в изоляции трансформатора может проводиться по одному из следующих критериев и методов:

-с использованием так называемого критерия граничных концентраций;

-анализируется скорость нарастания концентраций газов;

122

- определяется сочетание и концентрация групп характерных

газов.

Существуют другие способы определения типа дефекта

втрансформаторе, отличающиеся способом интерпретации

первичной информации, более удобные для диагностического и обслуживающего персонала.

Наиболее распространенным другим способом анализа концентраций растворенных газов является применение треугольника Дюваля, названного так по имени его разработчика.

2. Контроль влагосодержания в масле бака.

Источниками появления воды в трансформаторе являются: вода, образующаяся при старении целлюлозы, вода, образующаяся при старении масла, вода, попадающая в бак из атмосферы через расширительный бак и вода, попадающая в бак за счет диффузии через резиновые уплотнения.

При старении целлюлозы в ней образуется до 4…4,5 % воды, при старении масла образуется вода, увеличивающая влажность целлюлозы на 1 %. Из атмосферы при неблагоприятных условиях в бак трансформатора может поступать влага, увеличивающая влажность твердой изоляции до 10…15 %.

С точки зрения диагностического мониторинга состояния силовых трансформаторов в отношении снижения электрической прочности масла, обусловленного влиянием влаги, наиболее важно контролировать следующие параметры:

а) концентрацию дисперсной составляющей влаги в масле; б) концентрацию влаги в твердой изоляции трансформатора;

в) температурный режим работы трансформатора (для этого используется оперативной контроль температуры бака в верхней

инижней точках).

3.Контроль токов проводимости и тангенсов углов потерь изоляции высоковольтных вводов.

Первым признаком ухудшения технического состояния высоковольтного ввода является изменение параметров изоляции, причем не всего объема, а только одного из концентрических изоляционных слоев. Обычно это происходит из-за возникновения какого-либо локального дефекта изоляции, так или иначе обусловленного технологией производства ввода, реже

123

пузырек, или просто дефект, возникший по причине нарушения технологического процесса при изготовлении изоляции.

Возможным дефектом изоляции ввода может явиться общее увлажнение ввода. Возникновение любого из перечисленных

к непосредственному пробою изоляции, но они в течение длительного времени методично разрушают высоковольтную

составить прогноз сроков аварийного выхода из строя трансформаторов. Это и является целью проводимого диагностического мониторинга силовых трансформаторов.

Частичные разряды оцениваются по величине мощности. Датчики интенсивности частичных разрядов можно разбить на следующие разновидности:

1.Электромагнитные датчики контактного типа – «C-Sensors». По сути, это высокочастотные трансформаторы тока. Называются они контактными, поскольку они устанавливаются непосредственно на токоведущих элементах высоковольтного оборудования.

2.Электромагнитные датчики бесконтактного типа – «UHF-

Sensors». Они представляют собой антенны для удаленной, бесконтактной регистрации частичных разрядов в изоляции оборудования.

3. Датчики частичных разрядов акустического типа – «A-Sensors». Эти устройства регистрируют дистанционно акустическое излучение от частичных разрядов.

На сегодняшний момент как отечественные, так и зарубежные производители предлагают различные системы мониторинга. Среди них следует отметить следующие:

124

объеме первичной информации, т. е. при меньшей цене поставки системы.

При выборе системы диагностического мониторинга также следует учитывать следующее:

- для новых трансформаторов и трансформаторов, находящихся в нормальном состоянии, основной целью системы мониторинга является выявление дефектных состояний на ранних стадиях, что позволяет минимизировать затраты на эксплуатацию за счет того, что все ремонтные и сервисные воздействия на трансформатор будут осуществляться вовремя и поэтому в минимальном объеме. Технические и программные средства таких систем мониторинга должны быть ориентированы на глубокую и чувствительную диагностику дефектных и преддефектных состояний трансформатора;

- для трансформаторов, имеющих низкий индекс технического состояния, обычно уже находящихся в критическом состоянии, вопрос о выявлении дефектных состояний не стоит – проблемы явно присутствуют и развиваются. Чаще всего основным вопросом, который должна помочь решить установка системы мониторинга, является вопрос прогнозирования – сможет ли контролируемый трансформатор безаварийно доработать определенный период времени, год или даже больше. Этот интервал времени зависит от того, когда появится реальная возможность модернизировать трансформатор, а в большинстве случаев просто заменить его.

Проблема достоверного диагностического мониторинга и контроля состояния силовых трансформаторов на сегодняшний день остается достаточной серьезной.

Это связано, главным образом, с тем, что используемые в современных системах диагностические модели с одной стороны, должны использовать минимальный перечень контролируемых параметров, а с другой – должны достоверно отображать реальное состояние силовых трансформаторов, а также прогнозировать дальнейшее развитие их дефектов.

Несомненно, установка систем диагностического мониторинга для силовых трансформаторов способствует оптимизации системы управления их эксплуатацией, повышает надежность и экономическую эффективность работы этого сложного, дорогого и ответственного оборудования.

126

Литература

1.Киреев О. А Повышение эффективности оперативной диагностики высоковольтного электрооборудования / О. А. Киреев, Н.В. Ситников, С.А. Горемыкин // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи ХХI века. Труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. – Воронеж, 2012. – С. 135-137.

2.Кылымыстый А. П. Оценка надежности систем элетроснабжения / А. П. Кылымыстый, С. А. Горемыкин, Т. Л. Сазонова // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. –

Воронеж, 2018. – С. 107-108.

Воронежский государственный технический университет

127

УДК 621.311

К. Г. Головин, Д. И. Абросимов

ПРИМЕНЕНИЕ ОПТОВОЛОКОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И СЕТЯХ

Рассматривается применение оптоволоконных линий связи, прокладываемых по высоковольтным воздушным линиям, для осуществления передачи сигналов релейной защиты и подстанционной автоматики. На примере разработанного проекта предлагается осуществить связь между двумя подстанциями высшим напряжением 110 кВ с применением оборудования SWT 3000 компании SIEMENS.

Ключевые слова: высоковольные воздушные линии, релейная защита и автоматика, оптоволоконная линия связи, оптический кабель.

Для осуществления связи по воздушным линиям (ВЛ) электропередач в сетях связи электроэнергетики уже несколько десятилетий широко используется высокочастотная (ВЧ) связь.

Использование ВЧ связи по высоковольтным ВЛ является эффективным вследствие относительной дешевизны (нет дополнительных затрат на сооружение линии связи).

Кроме того, ВЧ связь по высоковольтным ВЛ характеризуется высокой надежностью. Последнее объясняется значительной механической прочностью самих ВЛ. Посредством ВЧ связи по высоковольтным ВЛ передаются сигналы релейной зашиты и противоаварийной автоматики. Однако каналы связи по ВЛ подвержены высоким уровням электромагнитных помех, возникающих, в первую очередь, вследствие коронирования проводов, коммутации высоковольтного оборудования и перенапряжений в линии в результате ударов молний [1,2].

Следует отметить, что на современном этапе развития электроэнергетики технология, которая сегодня называется «ВЧ связь по ВЛ», имеет две разновидности.

Первая – это передача информации по высоковольтным ВЛ (выше 35 кВ), а вторая – широкополосная передача данных – технология BPL (англ. «Broadband Power Line»), применяемая в сетях напряжением ниже 35 кВ.

Технология BPL является разновидностью технологии PLC (англ. «Power Line Communication»), иначе – «связь через линии электропередач».

128

Однако в последнее время в результате применения цифровых технологий при передаче информации

ввысоковольтных сетях сформировались новые требования к ВЧ системам.

Внастоящее время, передача данных, речи осуществляется по быстрым цифровым каналам, а сигналы и данные систем защиты передаются одновременно (параллельно) по ВЧ линиям, и цифровым каналам – волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), образуя надежное резервирование.

Как известно, в основе передачи информации по волоконнооптической линии лежит явление полного внутреннего отражения. Импульс света, попавший в сердечник оптического волокна, в этом случае доходит до конца линии, многократно отражаясь и затухая

внезначительной степени. Использование оптического волокна

вкачестве среды передачи информации позволяет обеспечить суммарную скорость передачи информации до нескольких десятков Тбит/с.

Существуют следующие варианты практической реализации ВОЛС на ВЛ:

- конструкция оптического кабеля (ОК) в грозозащитном тросе (ОКГТ);

- конструкция ОК в фазном проводе (ОКФП); - конструкция ОК, навиваемого на грозозащитный трос (ОКН

(ГТ));

- конструкция ОК, навиваемого на фазный провод (ОКН

(ФП));

- конструкция ОК, присоединенного (ОКП); - конструкция ОК самонесущего диэлектрического (ОКСН);

- конструкция ОК самонесущего металлического (ОКСМ). Причем из всех перечисленных видов наибольшее

распространение получили варианты ОКГТ, ОКН и ОКСН.

При построении волоконно-оптических систем связи помимо оптических кабелей использует специальные устройства как пассивные, так и активные: оптические соединители, оптические муфты, оптические модули, оптические мультиплексоры, оптические усилители и т. д.

Внастоящее время ряд производителей предлагает свое специализированное оборудование передачи сигналов РЗ и ПА для электрических сетей. Среди них следует отметить оборудование

129

передачи сигналов релейной защиты (РЗ) и подстанционной автоматики (ПА) SWT 3000 компании SIEMENS.

Оборудование передачи сигналов РЗ и ПА SWT 3000 обеспечивает передачу сигналов через аналоговые и цифровые каналы, в том числе и по волоконно-оптическим каналам связи.

Оборудование SWT 3000 имеет высокие показатели надежности ввиду использования резервирования передачи данных. Цифровые и аналоговые каналы связи системы изолированы друг от друга, что существенно повышает надежность функционирования.

При разработке SWT 3000 были использованы новейшие технологии, позволившие улучшить основные характеристики системы:

1)подавление импульсных помех; технология, позволяющая предотвратить ложные срабатывания из-за импульсных воздействий; таким образом, была решена наиболее серьезная проблема для аналоговых систем;

2)применение адресации для предотвращения перекрестных помех между устройствами в цифровой сети передачи информации

игарантированной передачи команд в необходимом направлении;

3)альтернативные маршруты передачи для обеспечения надежного резервирования;

4)резервный блок электропитания, работающий в режиме подхвата;

5)различные варианты прямых оптоволоконных соединений между двумя устройствами SWT 3000, соединение устройств SWT 3000 через ВОЛС с мультиплексорами или оборудованием ВЧ связи;

6)кодированное отключение для передачи четырех независимых команд в аналоговом виде.

Оборудование SWT 3000 может быть как отдельно стоящим устройством, работающим по аналоговым, цифровым и

оптическим каналам связи, так и интегрированным блоком в оборудовании высокочастотной связи по высоковольтным линиям электропередачи Siemens PowerLink.

Использование в качестве среды передачи оптического волокна позволяет обеспечить наивысшую степень безопасности, надежности и более короткое время передачи сигналов. Оборудование SWT 3000 применяется с одномодовым

130