Система мониторинга вводов силовых трансформаторов на основе беспроводных интеллектуальных датчиков марки DB-2S

Для контроля высоковольтных вводов силовых трансформаторов используются достаточно сложные и дорогие системы мониторинга. Монтаж таких систем является непростой задачей, особенно на уже эксплуатируемых трансформаторах.

Этих недостатков максимально лишена система мониторинга, созданная на основе беспроводных интеллектуальных датчиков марки DB-2S, предназначенных для контроля токов проводимости изоляции ввода. Эти датчики имеют меньшую стоимость и легко монтируются на трансформаторе, как только что выпущенном с завода, так и на уже находящемся в эксплуатации.

Беспроводные датчики марки DB-2S являются интеллектуальными, поскольку все процессы регистрации сигналов, обработки и оценки технического состояния вводов производятся во внутреннем программном обеспечении. Выходной информацией датчика DB-2S являются не просто токовые сигналы, а итоговая экспертная информация о текущем техническом состоянии контролируемого высоковольтного ввода.

Технические особенности датчиков DB-2S

Датчики марки DB-2S созданы на основе устройств присоединения марки DB-2 и отличаются от них наличием встроенной электроники для измерения, анализа и беспроводной передачи информации о состоянии контролируемых вводов. Они могут быть использованы для контроля технического состояния высоковольтных вводов всех типов и классов рабочих напряжений, оснащенных измерительным выводом.

Основной особенностью конструкции датчика DB-2S является его полностью беспроводное исполнение. Встроенная электроника датчика питается от тока проводимости контролируемого ввода, а выходную информацию о его техническом состоянии датчик передает по беспроводному интерфейсу.

Достоинства датчика DB-2S:

• Компактное защищенное беспроводное исполнение, благодаря которому датчик может быть оперативно смонтирован на вводе и включен в систему мониторинга за время короткого вывода трансформатора из эксплуатации.
• Отсутствие внешнего напряжения питания, работа его встроенной электроники осуществляется от рабочего тока проводимости ввода.
• Контроль двух технических параметров состояния ввода: тока проводимости, на основании которого рассчитывается величина емкости ввода C1 и текущей температуры ввода.
• Передача информации о состоянии ввода в систему АСУ-ТП при помощи беспроводного интерфейса LoRa ONE на дальность до 1 км.
• Использование двойного шифрования выходной информации о состоянии ввода, передаваемой по беспроводному интерфейсу. Это обеспечивает высокую информационную безопасность системы мониторинга состояния вводов.

Параметры и пороги технического состояния ввода

Определение технического состояния ввода и оценка возможности его дальнейшей эксплуатации в датчике DB-2S производятся встроенной экспертной системой по нескольким параметрам.

Основным дефектным признаком, определяющим ухудшение состояния ввода, является увеличение емкости C1 в процессе эксплуатации. Величина этой емкости определяется как суммарная емкость последовательно включенных изолирующих обкладок, служащих для выравнивания распределения электрического поля внутри ввода. Пробой (замыкание) диэлектрика на одном или нескольких изоляционных промежутках приводит к повышению суммарной емкости ввода C1.

Количество изоляционных промежутков во вводе зависит от его рабочего напряжения. Оно варьируется от 10 для вводов с рабочим напряжением 110 кВ, примерно до 50 для вводов с рабочим напряжением 500 кВ. В соответствии с этим при замыкании одного изоляционного промежутка величина тока проводимости и емкости C1 ввода, увеличатся от 2 до 10% для вводов с рабочим напряжением 500 и 110 кВ соответственно. При замыкании двух изоляционных промежутков процент увеличения емкости и тока проводимости будет в два раза больше.

Замыкание одного изоляционного промежутка во вводе ухудшает условия работы оставшихся изоляционных слоев. Это обусловлено тем, что на оставшихся изоляционных промежутках возрастает приложенное напряжение, так как неизменное напряжение питающей сети распределится во вводе на меньшее количество изоляционных промежутков.

Если условно принять, что номинальное (расчетное фазное) напряжение на каждом изоляционном промежутке ввода составляет 6 кВ, то после замыкания одного промежутка напряжения на оставшихся возрастут на величину от 120 до 600 В. Это количественное увеличение справедливо для вводов с рабочим напряжением 500 и 110 кВ соответственно.

На основании того, как возрастет напряжение, приложенное на рабочие изоляционные промежутки после аварийного замыкания одного дефектного, формируются пороги технического состояния ввода. Количественные значения порогов зависят от количества замкнутых промежутков для вводов разных классов рабочих напряжений.

Пороги технического состояния вводов, реализованные в датчике DB-2S для разных классов по напряжению, приведены в таблице 1. В скобках, рядом с процентами изменения емкости C1 ввода, приведены количества замкнутых изоляционных промежутков.

Различие величины пороговых значений для вводов разных классов рабочих напряжений определяется разным количеством изоляционных промежутков.

Для вводов с напряжением 110 кВ отсутствует порог тревожного состояния, так как замыкание даже одного изоляционного промежутка приводит к увеличению тока проводимости и емкости C1 сразу на 10%.

При установке датчика DB-2S на вводе задаются значения емкости ввода C1 и величина номинального напряжения. Это достаточно для начала мониторинга состояния ввода. Если величина емкости неизвестна, то мониторинг будет производится относительно значения тока, зафиксированного в момент монтажа датчика.

Влияние колебаний напряжения на датчик

Особенностью работы датчиков DB-2S является то, что они контролируют величину тока проводимости ввода, и по этому параметру рассчитывают емкость ввода C1. Возможные изменения напряжения в сети при этом не учитывается, в расчетах оно принимается постоянным, равным номинальному значению.

В реальных условиях напряжение в системе может меняться. Это происходит при изменении нагрузки или при изменении конфигурации системы, подключении или отключении потребителей, линий, генераторов.

В сложных системах мониторинга силовых трансформаторов для учета колебания напряжений сети в расчетах емкости C1 используются напряжения от измерительных ТН. Это повышает точность, но усложняет систему, а применительно к использованию беспроводных датчиков требует установки дополнительных устройств контроля напряжений ТН.

Технически это возможно сделать, но на самом деле отсутствие системы оперативного контроля напряжений сети не является критическим условием для мониторинга технического состояния высоковольтных вводов трансформаторов.

Все часто происходящие колебания напряжения сети носят достаточно ограниченный характер. По имеющейся у нас информации об условиях эксплуатации более чем 8000 систем мониторинга вводов колебания напряжения системы более чем на 2% наблюдались на менее чем одном проценте подстанций, да и то только для трансформаторов с рабочим напряжением 110 кВ.

На таких подстанциях 110 кВ колебания напряжения сети в 2% при пороговом значении в 8% не могут оказать существенного воздействия на работу системы мониторинга высоковольтных вводов.

Для силовых трансформаторов с высоким рабочим напряжением системы на основе датчиков DB-2S будут работать еще более устойчиво по двум причинам:

• Колебания напряжения в системе будут меньше 2%, а эта величина меньше порогового значения тревожного уровня, тем более предаварийного, по которому оценивается состояние ввода.
• Силовые трансформаторы таких классов напряжений обычно оснащаются системами контроля параметров, в число которых входят напряжения. Знание этих напряжений позволит, при необходимости, интегрально уточнить реальное значение текущей емкости ввода C1.

Обеспечение безопасной работы ввода

Основными требованиями к датчику контроля высоковольтных вводов, наряду с обеспечением необходимой точности измерений тока проводимости, является обеспечение безопасности работа ввода во всех режимах, включая переходные.

В беспроводный датчик марки DB-2S встроена дублированная защита ввода от внешних перенапряжений в питающей сети. Она ограничивает возможные импульсные броски напряжения. Основной причиной появления таких перенапряжений являются грозовые и коммутационные импульсы.

Практическое применение датчиков DB-2S

При включении трансформатора в работу через емкость C1 начинает протекать ток проводимости, и электроника датчика начинает работать, определяется текущее техническое состояние ввода.

Вся информация о состоянии ввода доступна обслуживающему персоналу в двух вариантах:

• Визуальный контроль во время проведения периодических осмотров оборудования. На торцевой крышке датчика расположены два ярких светодиода, работающие в импульсном режиме. Зеленый светодиод информирует о нормальной работе датчика. Если дополнительно мигает красный светодиод, то это говорит о наличии проблем в изоляции ввода и превышении тревожного порога. Мигание только одного красного светодиода сигнализирует о превышении предаварийного порога состояния ввода.
• Удаленный мониторинг технического состояния вводов. Независимо от мигания св