Онлайн мониторинг сухих трансформаторов

Сухие трансформаторы широко используются в высотных зданиях, городском железнодорожном транспорте, центрах обработки данных и других сценариях с жесткими требованиями к безопасности электропитания благодаря их безмасляному режиму работы, отличной огнестойкости и низкой потребности в обслуживании. ЕгоТехнология онлайн-мониторингаБлагодаря сбору ключевых параметров в режиме реального времени во время работы оборудования можно заблаговременно выявить и предупредить скрытые неисправности, чтобы избежать незапланированных простоев, что является основным техническим средством, гарантирующим непрерывную и надежную работу энергосистемы. Ниже приводится полное описание основных параметров и целей мониторинга, ключевых принципов технологии мониторинга, состава системы, ценности применения, тенденций развития и соображений по применению.

I. Основные параметры мониторинга и цель мониторинга

Неисправности в сухих трансформаторах в основном возникают приАномальное повышение температуры, возникновение частичных разрядов, ухудшение изоляционных свойств, отклонение электрических параметровДля достижения цели "раннего обнаружения, точной диагностики и своевременного лечения" необходимо проводить онлайн-мониторинг следующих основных параметров:

Параметры мониторинга	Основные цели мониторинга	Связанные типы неисправностей
Температура намотки	Предотвращает перегрев обмотки, приводящий к ускоренному старению изоляционного материала, и предотвращает короткие замыкания между витками.	Перегрузка оборудования, отказ вентилятора охлаждения, повреждение изоляции витков обмотки
Температура ядра	Предотвращение локального перегрева, вызванного многоточечным заземлением железного сердечника и ненормальным увеличением потерь кремниевого стального листа	Плохое заземление сердечника, ослабленные или поврежденные ламинаты сердечника
частичная разрядка	Выявление внутренних дефектов в изоляционной системе (например, воздушных зазоров, трещин) для предотвращения разрушения изоляции	Старение изоляционных материалов, загрязнение поверхности обмотки, дефекты производственного процесса
Сопротивление изоляции / диэлектрические потери	Оцените общие характеристики изоляционной системы и определите степень увлажнения и старения изоляции.	Намокание изоляции, просачивание поверхности, ухудшение свойств изоляционного материала
Ток нагрузки / напряжение	Мониторинг фактической нагрузки оборудования и анализ влияния дисбаланса тока на оборудование	Дисбаланс трехфазной нагрузки, внешнее короткое замыкание, работа при перегрузке
Температура и влажность окружающей среды	Корректирует данные мониторинга температуры (температура окружающей среды напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования), предупреждая о влажности изоляции, вызванной высокой влажностью окружающей среды	Повышенная влажность окружающей среды приводит к проседанию изоляции и ухудшению ее характеристик

II. Основные принципы технологии мониторинга

Различные параметры мониторинга должны сочетаться с конструктивными особенностями сухого трансформатора (без масла, с воздушным или принудительным воздушным охлаждением) для выбора соответствующей технологии, обеспечивающей точность и стабильность данных мониторинга, конкретный технический принцип заключается в следующем:

1. мониторинг температуры: сочетание прямого и косвенного измерения, устранение "мертвых зон" в измерении температуры

Обмотки сухих трансформаторов покрыты эпоксидной смолой, традиционный метод контактного измерения температуры ограничен структурой покрытия, поэтому требуется сочетание "косвенное измерение температуры + прямое измерение температуры":

Инфракрасный датчик температуры принимает инфракрасную энергию, излучаемую поверхностью обмотки или открытой частью сердечника, и рассчитывает соответствующее значение температуры в соответствии с законом излучения черного тела. Эта технология легко устанавливается без разрушения конструкции оборудования, однако она восприимчива к пыли и световым помехам окружающей среды и требует регулярной очистки и обслуживания линзы датчика.

Зонд флуоресцентного оптоволоконного датчика температуры встраивается или вклеивается в область горячей точки внутри обмотки, а приемный конец датчика соединяется с демодулятором температуры. При работе демодулятор посылает УФ-импульс возбуждающего света через оптическое волокно на датчик температуры, и возбуждает флуоресцентный материал в датчике для создания флуоресценции; после прекращения возбуждающего света послесвечение флуоресценции передается обратно на демодулятор через оптическое волокно, а затем преобразуется в электрический сигнал фотоэлектрическим элементом преобразования, после чего срок службы флуоресценции рассчитывается через MCU, и значение температуры выводится в соответствии с соотношением между сроком службы флуоресценции и температурой. Эта технология обладает высокой устойчивостью к электромагнитным помехам (оптическое волокно не сделано из проводящего материала), точностью измерения температуры ± 0,5 ℃ и быстрой скоростью реакции.

Синхронно собирает сигналы рабочего тока и скорости вентилятора системы принудительного воздушного охлаждения (AF) и определяет наличие неисправностей, таких как блокировка и отказ вентилятора, по изменению значения тока и аномальной скорости, чтобы система охлаждения нормально выполняла роль теплоотвода.

2. Мониторинг частичных разрядов: фокусировка на вопросах защиты от помех

Сухой трансформатор работает в высоковольтной среде, амплитуда сигнала локального разряда слабая (обычно от десятков до тысяч пикокюри), и восприимчива к гармоникам сети, переключениям и другим электромагнитным помехам, поэтому для эффективного мониторинга необходимо сочетание технологий "сбор сигнала + обработка помех":

На аппаратном уровне для подавления сигналов помех используются полосовые фильтры и экранированные кабели; на программном уровне для обработки собранных сигналов, устранения помех и выделения эффективных сигналов локального разряда применяются вейвлет-преобразование, пороговая денуация, разложение по сингулярному значению и другие алгоритмы.

3. мониторинг характеристик изоляции: оценка тенденций старения изоляции

Изоляционные материалы сухих трансформаторов (эпоксидная смола, стекловолокно) подвержены длительному воздействию температуры, электрического поля, влажности, происходит старение, необходимо контролировать следующие параметры для оценки состояния изоляционной системы:

С помощью он-лайн тестера сопротивления изоляции измеряется сопротивление изоляции обмоток относительно земли и между обмотками путем подачи определенного высокого напряжения постоянного тока (например, 10 кВ) на обмотки, когда трансформатор обесточен или работает с низкой нагрузкой (для уменьшения помех от электрического поля). Если значение сопротивления изоляции падает ниже 1/3 стандартного значения, это указывает на возможное наличие влаги или проблемы старения в системе изоляции.

Через высоковольтный тестер диэлектрических потерь, чтобы применить переменное высокое напряжение, измерить изоляционный материал в электрическом поле под действием потери энергии, выраженной в тангенсе δ значение. тангенс δ значение больше, что указывает на потерю изоляции более серьезным, тем выше степень старения; комнатной температуре сухой трансформатор тангенс значение обычно необходимо контролировать в 0,005 или меньше.

4. мониторинг электрических параметров: контроль рабочих нагрузок оборудования в режиме реального времени

Сигналы трехфазного тока и напряжения собираются через трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT), а мощность, коэффициент мощности, коэффициент нагрузки и другие параметры рассчитываются с помощью интеллектуального модуля сбора энергии:

III. Компоненты системы онлайн-мониторинга

Полная система онлайн-мониторинга для сухих трансформаторов состоит изСенсорный уровень, транспортный уровень, уровень анализа, уровень приложенийОн состоит из четырех уровней, образующих замкнутый механизм работы "сбор данных - передача - анализ - раннее предупреждение":

1. Перцептивный слой: основа для сбора данных

Он состоит из различных типов датчиков и модулей сбора данных, которые должны отвечать требованиям к изоляции и защите от помех в условиях высокого напряжения:

2. транспортный уровень: каналы передачи данных

Он отвечает за передачу необработанных данных, собранных на сенсорном уровне, на аналитический уровень, при этом должна быть обеспечена стабильность и безопасность передачи данных:

3. аналитический слой: ядро обработки данных

Она состоит из пограничного вычислительного шлюза или облачного сервера, которые обрабатывают и анализируют исходные данные с помощью алгоритмов для определения рабочего состояния устройства:

4. прикладной уровень: интерфейс взаимодействия с пользователем

Отображение результатов мониторинга и предоставление пользователям функций управления с помощью локальных терминалов мониторинга, веб-платформ и мобильных приложений:

IV. Значение приложений для онлайн-мониторинга

По сравнению с традиционным режимом "периодической проверки" технология онлайн-мониторинга сухих трансформаторов может принести значительную безопасность и экономическую выгоду:

Раннее выявление старения изоляции, частичных разрядов и других скрытых опасностей (например, внезапное увеличение количества частичных разрядов обычно указывает на то, что пробой изоляции может произойти в течение 1-3 месяцев), чтобы зарезервировать время для проведения технического обслуживания и избежать перерывов в производстве из-за внезапных отказов оборудования (например, отключение электроэнергии в центре обработки данных может привести к экономическим потерям в сотни тысяч долларов в час).

Традиционная инспекция опирается на ручной опыт и подвержена проблемам "капитального ремонта" (например, замена компонентов, не достигших конца срока службы) или "утечки"; онлайн-мониторинг основан на фактическом рабочем состоянии оборудования для составления плана инспекции (например, продление цикла инспекции, когда индекс сопротивления изоляции в норме), что сокращает количество инспекций и стоимость инвестиций. Онлайн-мониторинг позволяет сократить количество проверок и стоимость инвестиций.

Мониторинг нагрузки и температуры в режиме реального времени позволяет избежать длительной перегрузки или перегрева оборудования, замедлить старение изоляционных материалов (по данным исследований, на каждые 10℃ снижения температуры обмотки срок службы изоляции может быть увеличен в 1 раз), продлить срок службы трансформаторов на 5~8 лет и повысить эффективность использования активов.

Хотя в сухих трансформаторах нет риска возгорания из-за утечки масла, но старение изоляции может вызвать возгорание при коротком замыкании; система онлайн-мониторинга может быть связана на ранней стадии с автоматическим выключателем для отключения питания, чтобы избежать пожара, взрыва и других несчастных случаев.

V. Тенденции развития технологий

С переходом энергосистемы на "интеллектуальные, цифровые" технологии, технология онлайн-мониторинга сухих трансформаторов представляет собой следующее направление развития:

Один параметр не может полностью отразить состояние работы оборудования, в будущем будет достигнут "температура + локальный разряд + изоляция + вибрация" многопараметрический анализ слияния, через алгоритм искусственного интеллекта для построения оборудования "индекс здоровья", чтобы повысить точность диагностики неисправностей.

Традиционные проводные датчики отличаются высокой сложностью установки. В будущем для снижения затрат на установку будут чаще использоваться пассивные беспроводные датчики (например, датчики на основе электромагнитной индукции и сбора энергии вибрации), которые подойдут для проектов модернизации старых трансформаторов.

Построить цифровую двойную модель сухого трансформатора, объединить данные онлайн-мониторинга с физической моделью, смоделировать состояние работы оборудования при различных нагрузках и условиях окружающей среды и реализовать управление всем жизненным циклом по схеме "моделирование неисправностей - раннее предупреждение - оптимизация схемы проверки и обслуживания".

Применяя режим "предварительной обработки данных на шлюзе пограничных вычислений + анализ больших данных в облаке", он уменьшает объем передачи данных (только загрузка аномальных данных на границе), улучшает возможность реагирования в реальном времени (управление локальной связью оборудования может быть достигнуто на границе) и в то же время использует вычислительную мощность облака для совместной диагностики нескольких устройств (например, сравнительный анализ состояния нескольких трансформаторов в регионе).

VI. Соображения по применению

Высоковольтные датчики должны отвечать соответствующим требованиям к уровню изоляции (например, уровень изоляции датчика трансформатора 10 кВ ≥ 35 кВ), чтобы избежать несчастных случаев, вызванных недостаточной изоляцией; датчики, устанавливаемые вне помещений, должны иметь уровень защиты IP65 и выше, чтобы обеспечить водо- и пыленепроницаемость.

Кабели датчиков должны быть экранированы, избегайте параллельной прокладки с высоковольтными кабелями (расстояние между ними ≥ 0,5 м); оборудование для мониторинга частичных разрядов должно находиться вдали от преобразователей частоты, статических реактивных генераторов (SVG) и других источников гармоник, чтобы уменьшить влияние электромагнитных помех.

Датчики необходимо калибровать каждые 1~2 года (например, флуоресцентные волоконно-оптические датчики калибруются по стандартным термометрам), чтобы избежать искажения данных мониторинга из-за дрейфа датчика; линзу инфракрасного датчика необходимо регулярно чистить, а также проверять уровень сигнала беспроводной связи.

При передаче данных следует использовать алгоритмы шифрования, такие как AES, а для предотвращения утечки данных или злонамеренного вмешательства в облачную платформу следует установить градацию прав доступа (например, разграничение прав администратора и персонала по эксплуатации и обслуживанию).

Таким образом, технология онлайн-мониторинга сухих трансформаторов является ключевой поддержкой для реализации "поддержания состояния" энергетического оборудования, которая может значительно повысить надежность и экономичность энергосистемы за счет точного сбора ключевых параметров и интеллектуального анализа состояния оборудования. По мере развития технологии ее применение в интеллектуальных сетях и новых энергосистемах будет все более широким.