Патентное исследование систем мониторинга технического состояния электродвигателей и трансформаторов

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 62-2                                           

Аварии и инциденты в системах электроснабжения — это неблагоприятные события на генерирующих, передающих, распределяющих элементах электроэнергетических систем. Причинами таких инцидентов являются отказы, повреждения и разрушения на энергетических установках, обрывы и повреждения линий электропередачи, ошибочные действия персонала, повреждения на трансформаторных подстанциях и генераторах, повреждения, обусловленные природными факторами. Статистика и причины выхода из строя электродвигателей и трансформаторов. В качестве наглядного примера возьмем одно крупное предприятие Татарстана.

Основными потребителями электроэнергии на этом предприятие являются электродвигатели – более 23000 ед., трансформаторы — более 600 ед. Из статистики видно, что дефекты, связанные с электродвигателями и трансформаторами, занимают от 10% до 38% от общего числа инцидентов в системах электроснабжения (Рис. 1)

■ Электродвигатели ■ Трансформаторы ■ Прочие причины

Рисунок 1. Статистика инцидентов в системах электроснабжения

Контролируемые параметры электрооборудования и диапазон допустимых отклонений. Из сказанного следует, что контроль технического состояния электродвигателей и трансформаторов является важным условием стабильной и эффективной работы. Чтобы гарантировать нормальное функционирование электрических машин и предотвратить потенциальные отказы, необходимо постоянно контролировать их техническое состояние. Для качественного мониторинга работы электродвигателей и трансформаторов необходимо определить ряд наиболее приоритетных параметров. Для электродвигателей наиболее важные параметры и их допустимые отклонения приведены в Таблице 1 [1, 2].

Таблица 1

ДОПУСТИМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Наименование показателя	Предельные отклонения
Измерение сопротивления изоляции, кОм	≥ 500
Ток электродвигателя, %	± 1 %
Напряжение электродвигателя, %	± 2 %
Частота тока, %	± 1,5 %
Частота вращения, %	± 1 %
Температура статора, °С	см. паспортные значения
Температура переднего, заднего подшипников, °С	см. паспортные значения

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 Таблице 2 [4, 5].

Контроль приведенных параметров может быть осуществлен с помощью систем мониторинга технического состояния.

В Таблице 3 и 4 приводятся результаты сравнения функциональных возможностей подобных систем различных производителей.

Таблица 2

НОМИНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗОЛЯЦИИ РАБОТАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ (вне зависимости от системы охлаждения)

Элемент трансформатора	Превышение температуры
Обмотки (средние превышения температуры, класс нагревостойкости изоляции А):	см. паспорт
- 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

Таблица 3

СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ПО ОБЪЕМУ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Контроль параметров	Системы мониторинга
	DIMRUS MDR-S20	DIMRUS FDM	PDTracII Iris Power	Artesis e-MSM	WEG Motor Scan
Частичные разряды	+		+
Темп.	+		+		+
Напряжение			+	+	+
Ток		+	+	+	+
Влажность обмотки статора	+		+
Вибрация	+	+			+
Контроль продольной ЭДС	+
Диагностика магнитного потока	+
Эксцентриситет воздушного зазора		+
Частота вращения					+

Таблица 4

СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ПО ОБЪЕМУ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

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			+

Был проведен патентный анализ систем мониторинга технического состояния.

Результаты поиска занесены в Таблицу 5.

Глубина патентного поиска составила 20 лет.

ПАТЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

Таблица 5

Суть изобретения

X

о o>

T>

40 ri

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля рабочих параметров силового трансформатора в процессе его эксплуатации и ^   tr  управления его системами. Устройство содержит блоки расчета интегральных характеристик трансформатора, регистрации аварийных процессов,

Я   §  положения устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН),

§   §  расчетных моделей по данным измерений в реальном масштабе времени, я   я  управления системой охлаждения, дистанционного управления устройством a   a РПН, ведения журналов состояния трансформатора, визуализации значений к   к  измеряемых параметров, передачи данных и интеграции системы мониторинга

О   и  в автоматизированные системы диспетчерского управления и учета

R   R  электроэнергии. Устройство обеспечивает контроль за величинами

О   2  температуры окружающей среды, трансформаторного масла на входе и

Я   §  выходе охладителей, температуры, уровня, давления масла, его влажности и i   cl  концентрации растворенных газов в масле в баках трансформатора и рц   СЦ  устройства РПН, давления масла в высоковольтных вводах, токов утечки в изоляции. 1 ил.

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. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности работы силового трансформатора 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 устройстве регулирования напряжения под нагрузкой, а также оперативного информирования персонала об уровне отклонений от заданных допустимых пределов и степени опасности возникновения аварий. Задача решается тем, что устройство снабжено блоком контроля интенсивности частичных разрядов 20, блоком вибрационного контроля трансформатора 21 и блоком цветовой визуализации уровней технического состояния трансформатора 22. Непрерывная регистрация уровня и распределения частичных разрядов в изоляции вводов, обмоток и магнитопровода позволяет определить места возникновения частичных разрядов и механизм разрушения изоляции. Контроль параметров вибрации стенок бака силового трансформатора и корпуса РПН в режиме реального времени позволяет определить состояние прессовки обмотки и магнитопровода. 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. 3 ил.

Суть изобретения

2 o>

S' M co

s

И o П П

S

и:

P

x

>

: да - c

К

№

s a

p

S s

и

S

s

M

£ 5S £ s

s tr

S

M

X

Устройство для контроля изоляции электродвигателя, содержащее датчики параметров, модуль формирования сигналов напряжения и тока, средства подачи охлаждающего воздуха, отличающееся тем, что в устройство введены модуль on-line контроля частичных разрядов, модуль формирования сигналов температуры, промышленный компьютер и датчики частичных разрядов, высокочастотного сигнала частичных разрядов, температуры меди, стали и охлаждающего воздуха электродвигателя, трансформаторы тока и напряжения, при этом выход датчика частичных разрядов подключен к первому входу модуля on-line контроля частичных разрядов, ко второму входу подключен выход датчика высокочастотного сигнала частичных разрядов, выход модуля on-line контроля частичных разрядов подключен к первому входу промышленного компьютера, выходы датчиков температуры меди и стали подключены к первому входу модуля формирования сигналов температуры, ко второму входу подключен выход датчика охлаждающего воздуха, выход модуля формирования сигналов температуры подключен ко второму входу промышленного компьютера, к первому и второму входам модуля формирования сигналов напряжения и тока подключена обмотка статора электродвигателя

Автоматизированная система контроля технического состояния

S H электродвигателя, содержащая установленные на электродвигателе датчики 2   ^  температуры фазных обмоток статора и подшипников, датчики вибрации,

S   M  датчики тока, датчик частоты вращения ротора электродвигателя, электронно- cs Щ вычислительную машину, отличающаяся тем, что в нее введены первое ю       устройство сбора данных, узел управления питанием электродвигателя, n a § канальный модуль согласования измерительных сигналов и датчик влажности ц   8  воздуха, при этом электронно-вычислительная машина выполнена в виде m   s  персонального компьютера с установленной программой регистрации о   ^  параметров технического состояния электродвигателя в условиях

3   Й  входом персонального компьютера, выход которого соединен с входом узла

^s управления питанием электродвигателя, а вход первого устройства сбора

8    m  данных соединен с выходом n-канального модуля согласования

>,   и  измерительных сигналов, к которому подключены датчики температуры

8   о  фазных обмоток статора и подшипников электродвигателя, датчики тока,

§ датчики вибрации, датчик частоты вращения ротора электродвигателя и

M   o'  датчик влажности воздуха. !2. Автоматизированная система контроля

° технического состояния электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что о   3p  персональный компьютер с установленной программой регистрации ей   О  параметров технического состояния электродвигателя в условиях

Он S эксплуатации содержит соединенный с первым устройством сбора данных ^       первый графический интерфейс настройки измерительных задач, в свою очередь соединенный с блоком виртуальных термометров, блоком

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

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №1. 2024

Рисунок 2. Патентная активность исследования систем мониторинга технического состояния электродвигателей и трансформаторов

Аварии и инциденты в системах электроснабжения влекут к снижению качества или прекращению энергообеспечения гражданских, промышленных комплексов, что создаёт угрозы жизни и здоровью людей, функционированию жизненно важных объектов, поэтому необходимо вести непрерывную предиктивную диагностику технического состояния электрооборудования с помощью систем мониторинга.