Патентное исследование систем мониторинга технического состояния трансформаторов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Выход из строя силового электрооборудования на повышающих, распределительных и понижающих подстанциях могут привести к авариям и происшествиям на опасных производственных и гражданских объектах. Снижения качества электроэнергии, а также полное отключение зачастую приводят к массовым убыткам и создают угрозу жизни и здоровью людей. Основные причины выхода из строя силового трансформатора: старение изоляции из-за действия электрического поля и катализаторов; увлажнение масла, снижение его уровня в баке; внутренние или внешние перенапряжения; повышенный нагрев элементов активной части, вызванный перегревом вихревыми токами, перегрузкой и старением; износ контактов распределительного устройства; частичные разряды в изоляции [1].

С целью своевременной ликвидации и предупреждений отказов необходимо постоянно следить за техническим состоянием электрооборудования, своевременное предпринимая действия по предупреждению нештатных ситуаций. В основе сбора данных по числу выхода из стоя энергетического оборудования проведен сбор данных по отказам силовых трансформаторов на одном нефтехимическом производстве Татарстана за период с 2020 по 2022 гг. В работе, на данном предприятии, используются трансформаторы в количестве более 600 шт. В данной статистике представлены аварии, повлекшие существенный экономический ущерб по недоотпуску продукции, долгому простою и значительным затратам на восстановление.

Рисунок 1. Статистика инцидентов в системах электроснабжения

Основными причинами выхода из строя трансформатора послужило: наличие воздуха в маслосистеме трансформатора; недостаточный уровень масла; наличие развивающихся дефектов твердой изоляции, вызванные перегревом изоляции обмоток и электрическими разрядами в изоляции. Данные статистики сообщают о том, что во избежание непредвиденных ситуаций требуется отслеживание технического состояния оборудования. Для улучшения непрерывности электроснабжения необходимо определить наиболее значимые параметры отслеживаемого оборудования. Для трансформаторов наиболее важными параметрами являются: температура верхних слоев масла, кривые тока и напряжения, токовая нагрузка, содержание газов в масле, содержание влаги в масле. Допустимые отклонения указанных параметров приведены в Таблицах 1, 2 (1, 2).

НОМИНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗОЛЯЦИИ РАБОТАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ	Таблица 1
Элемент трансформатора	Превышение температуры, °С
Обмотки (средние превышения температуры, класс нагревостойкости изоляции А):
- при естественной или принудительной циркуляции с ненаправленным потоком масла через обмотку	65
- при принудительной циркуляции с направленным потоком масла через обмотку	70
Масло в верхних слоях (исполнение герметичное или с расширителем)	60
Поверхности магнитной системы и элементов металлоконструкций	75

Из-за высокой стоимости диагностических систем рационально применять мониторинг состояния на крупном оборудовании большой мощности, выход из строя которых недопустим. Контроль приведенных параметров может быть осуществлен с помощью систем мониторинга технического состояния. Далее приводятся результаты сравнения функциональных возможностей подобных систем различных производителей. Для сравнения систем мониторинга состояния силовых трансформаторов были выбраны следующие готовые системы DIMRUS TDM-M (Россия), QUALITROL 509-300 (США), GE Energy Hydran M2M (Англия). Результаты сравнения представлены в Таблице 3.

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

КАЧЕСТВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ

Таблица 2

Наименование показателя	Категория электрооборудования	Эксплуатационное
		Нормально допустимое	Предельно допустимое
Кислотное число, мг КОН/г масла, не более	Электрооборудование до 220кВ включительно	0,1	0,25
Влагосодержание, % массы (г/т), не более	Трансформаторы с пленочной и азотной защитами масла, герметичные маслонаполненные вводы, герметичные измерительные трансформаторы	0,0015 (15)	0,0025 (25)
	Силовые и измерительные трансформаторы, негерметичные маслонаполненные вводы	–	0,003 (30)
Содержание водорастворимых кислот и щелочей	Электрооборудование до 220кВ включительно
	Силовые трансформаторы, герметичные измерительные трансформаторы и маслонаполненные вводы;	0,014	–
Газосодержание в соответствии с инструкциями организации-изготовителя, % объема, не более)	Трансформаторы с пленочной защитой, герметичные маслонаполненные вводы напряжением до 220 кВ	2	4

Таблица 3

Контроль параметров	Системы мониторинга
	TDM-M	QUALITROL 509 ITM	GE Energy Hydran M2M
Состояние изоляции	+
В/В выводы	+	+
Температура	+	+	+
Вибрация	+
РПН	+	+	+
Напряжение	+	+	+
Содержание влаги в масле	+		+
Уровень масла	+	+
Датчик газа			+

Патентный анализ

Был проведен патентный анализ систем мониторинга технического состояния трансформаторов. Результаты поиска занесены в Таблицу 4. Глубина патентного поиска составила 10 лет.

ПАТЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

Таблица 4

Суть изобретения

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для непрерывного контроля технического о   состояния силовых маслонаполненных трансформаторов.

Q   Технический результат: повышение надежности контроля технического состояния силового маслонаполненного

S трансформатора за счет раннего выявления в нем зарождающихся неисправностей. Сущность: система s дополнительно снабжена блоком встроенных датчиков, в состав которого входят датчик концентрации растворенных в масле газов, датчик влажности твердой изоляции и датчик концентрации механических примесей. Масляный вход и

• § выход блока встроенных датчиков подсоединяются соответственно к масляному входу и выходу термосифонного

и фильтра силового трансформатора. Информационный выход блока встроенных датчиков соединен со вторым входом измерительно-преобразовательного блока.

Изобретение относится к измерению абсолютной влажности бумаги в витковой изоляции высоковольтного

• *§   маслонаполненного оборудования. Технический результат:

• &  повышение достоверности и оперативности определения

л   абсолютной фактической влажности бумажной изоляции р"  маслонаполненных электрических аппаратов. Сущность:

о   пропитывают трансформаторным маслом заранее заданное д число образцов бумаги, используемой в качестве внутренней S изоляции оборудования. Обеспечивают сборку из нескольких о конденсаторов рядом один с другим, в каждом из которых S изоляционный слой выполнен из одного из образцов бумаги.

• &    Осуществляют калибровку сборки при ее погружении в

S трансформаторное масло с известной влажностью.

к Погружают сборку в бак с трансформаторным маслом

S   высоковольтного маслонаполненного оборудования.

О Измеряют электрическую емкость каждого конденсатора о   сборки. Определяют влажность конкретного образца бумаги по результатам измерений и данным калибровки.

Суть изобретения

Изобретение относится к области диагностирования электротехнических комплексов и предназначено для определения дефектов изоляции силовых трансформаторов по наличию частичных разрядов, регистрируемых акустическим методом. Технический результат: уменьшение вероятности определения ложных дефектов. Сущность: устройство для мониторинга силовых трансформаторов содержит блок s контроля интенсивности частичных разрядов, акустические s датчики, блок контроля температуры обмоток, блок

Ю расчетных моделей, блок визуализации контролируемых о параметров. Акустические датчики установлены на бак 5S силового трансформатора. Их выходы подключены к входу блока контроля интенсивности частичных разрядов, выход

H которого подключен к входу блока расчетных моделей. К H другому входу блока расчетных моделей подключен вход 5 блока контроля температуры обмоток силового м трансформатора. Выход блока расчетных моделей подключен M к входу блока визуализации контролируемых параметров. Для 5S   компенсации температурных погрешностей, вызванных

g генератор тактовых импульсов, повышающий трансформатор, 3S маслонаполненный бак, электрический разрядник, блок о контроля температуры имитатора дефектов, блок о поддержания температуры в маслонаполненном баке, акустические датчики, установленные на корпус s маслонаполненного бака имитатора дефектов. Датчики подключены к входам второго канала блока контроля w интенсивности частичных разрядов. Выход регулируемого

G блока питания постоянного тока подключен к входу блока электронного коммутатора, к другому входу которого подключен выход генератора тактовых импульсов. Выход электронного коммутатора подключен к входу электрического разрядника. Блок контроля температуры имитатора дефектов подключен к третьему входу блока расчетных моделей.

Суть изобретения

Изобретение относится к области электротехники, а именно к диагностированию силовых трансформаторов, м          автотрансформаторов и шунтирующих реакторов (далее

§          трансформаторов), и может быть использовано при текущем

• 3           эксплуатационном контроле технического состояния

трансформаторов со сроком эксплуатации до 35 лет для m           определения развивающихся дефектов. В заявленном способе при контроле (измерении) следующих параметров для к           трансформаторов со сроком эксплуатации до 35 лет:

• -    тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ) изоляции

ц      S обмоток;

• о    - кислотное число масла;

• -    тангенс угла диэлектрических потерь масла при 90°С;

• 5      о   - содержание водорастворимых кислот и щелочей масла;

• m      о   - содержание антиокислительной присадки масла;

• §      ~   не учитывается высокая стабильность к окислению

°      ^   гидрокрекинговых масел и, соответственно, высокая

«     с   стабильность указанных параметров при сроке эксплуатации до 35 лет. Техническим результатом при реализации

Я          предлагаемого способа контроля технического состояния о          силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше позволяет обеспечить необходимый качественный контроль о           технического состояния трансформаторов, залитых

М          современными гидрокрекинговыми маслами, при сокращении объема диагностических измерений и анализов по сравнению с прототипом.

В результате проведённого патентного анализа была определена динамика изобретательской деятельности по системам контроля технического состояния трансформаторов (Рисунок 2).

Рисунок 2. Патентная активность исследования систем мониторинга технического состояния трансформаторов

Разработанные устройства в сфере мониторинга силовых трансформаторов дает возможность содержать парк оборудования с низким индексом технического состояния в работоспособном состоянии, заранее прогнозируя выхода из строя по контролируемым параметрам. Установки данных систем дают значительную экономию средств в сравнении с покупкой и монтажом нового оборудования, дорогостоящим ремонтом, способствуют исключению человеческого фактора в процессе эксплуатации.