monitoring stanja energetskih transformatora

Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija

Aleksandar Labus

MONITORING STANJA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA 220/110 kV

-DIPLOMSKI RAD-

BEOGRAD, januar 2015.

DIPLOMSKI RAD Aleksandar Labus SNET 21/13

Кandidat: Aleksandar Labus

Smer: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJE – specijalističke studije

Broj indeksa: SNET 21/13

Tema: MONITORING STANJA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA 220/110 kV

Osnovni zadaci:

1. Primena monitoringa stanja kod energetskih transformatora

2. Kvarovi i mehanizam nastanka kvarova energetskih transformatora

3. Monitoring stanja energetskih transformatora EMS Končar 220/110 kV

Mentor:

Dr Zoran MilićevićProfesor strukovnih studija

BEOGRAD, januar 2015.

2


IZVOD

U ovom diplomskom radu opisan je sistem monitoringa stanja energetskog transformatora, u svrhu prevencije njegovih neispravnosti.

Monitoring omogućava nadgledanje određenih fizičkih veličina, otkrivanje promena stanja u nastanku, sprečavanje ili smanjenje posledica neispravnosti.

Monitoring omogućava optimizaciju eksploatacije transformatora u smislu kontrolisanog preopterećenja, procene preostalog veka trajanja i povećanja raspoloživosti.

ABSTRACT

This work describes the condition monitoring system of the power transformers in order to prevent their failures.

Condition monitoring system allows measurement of certain physical quantities, detection of condition changes in the occurrence and prevent or reduce the consequences of a malfunction.

Condition monitoring system is expected to optimize the exploitation of transformer in terms of controlled overload, estimates the remaining useful life and increase availability of.

3


Sadržaj :

1 Uvod u monitoring stanja transformatora...........................................................................................5

1.1 Primena monitoringa...................................................................................................................6

2 Kvarovi i mehanizmi nastanka kvarova energetskih transformatora..................................................8

2.1 Analiza gasova rastvorenih u ulju................................................................................................8

2.2 Monitoring temperatura............................................................................................................11

2.3 Monitoring napona i struja........................................................................................................12

2.4 Monitoring parcijalnih pražnjenja..............................................................................................13

2.5 Monitoring regulacione sklopke................................................................................................14

2.6 Monitoring sistema hlađenja.....................................................................................................14

3 Monitoring stanja energetskih transformatora EMS KONČAR 220/110 kV......................................15

3.1 Hardver......................................................................................................................................15

3.2 Softver.......................................................................................................................................17

3.3 Prezentacija podataka...............................................................................................................21

3.4 Dalji razvoj................................................................................................................................24

4 EPT202 – digitalna termoslika............................................................................................................25

4.1 Karakteristike uređaja................................................................................................................26

4.2 Tehnički podaci..........................................................................................................................27

5 ZAKLJUČAK.........................................................................................................................................30

6 Literatura...........................................................................................................................................31

4


1 Uvod u monitoring stanja transformatora

Ako se izuzme investiranje u izgradnju novih objekata drugu stavku po veličini u poslovanju svake elektroprivredne kompanije, posle troškova za plate zaposlenih, predstavljaju troškovi održavanja elektroenergetskih postrojenja i vodova.

Održavanje se sprovodi u cilju obezbeđivanja funkcionalne ispravnosti elementa (preventivno održavanje) i nakon ispada elementa iz pogona, radi otklanjanja neispravnosti (korektivno održavanje).

Preventivno održavanje se sprovodi u fiksnim vremenskim intervalima, prema uputstvu proizvodjača opreme ili na osnovu iskustva korisnika. Obavljaju se provere (merenja) odredjenih parametara i zamenjuju potrošni, istrošeni i neispravni delovi.Veliki sistemi održavanje sprovode na osnovu važnosti i uloge postrojenja u mreži ili na osnovu stanja elemenata. Uporedjivanje izmerenih vrednosti pojedinih parametara sa referentnim vrednostima utvrdjuje se da li je element ispravan ili ne, i o kojoj se vrsti kvara radi.

Vrednost svih važnih parametara se mogu pratiti stalno ili povremeno. Koji način će biti primenjen zavisi od ponašanja elementa, starosti elementa i njegove važnosti. Važno je istaći da se, od svih merenja i ispitivanja koja se sprovode u cilju utvrđivanja stanja elementa, 80% odnosi na proveru stanja izolacije.

Monitoring transformatora pobuđuju sve veći interes kod elektroprivrednih i velikih industrijskih sistema. Razlozi povećanog interesa u prvom su redu želja za što efikasnijom eksploatacijom transformatora, zatim povećanje pouzdanosti sprečavanjem nastanka neispravnosti, povećanje sigurnosti osoblja i bolja zaštita okoline.

MONITORING STANJA (engl. condition monitoring) transformatora je kontinualni nadzor stanja transformatora, koji u svojoj osnovi obuhvata: • merenje određenih fizičkih veličina transformatora, • praćenje stanja opreme transformatora (stanje sistema hlađenja, stanja senzora), • estimaciju određenih parametara na temelju merenja i matematičkih modela, • arhiviranje merenih i estimiranih parametara, • određenu dijagnostiku stanja pojedinih delova transformatora, • korisnički pristup rezultatima nadzora.

Pored nabrojanih funkcija, pojedini sistemi monitoring stanja imaju mogućnosti razmene podataka sa drugim sistemima i uređajima u postrojenju kao što je npr. SCADA (engl. Supervisory Control And Data Acquisition), zatim mogućnosti pristupa monitoringu sa udaljenog mesta, mogućnosti upravljanja sistemom hlađenja transformatora itd.

5


Ugradnjom sistema monitoringa stanja transformatora omogućuje sledeće ciljeve: • otkrivanje poremećaja u nastanku i sprečavanje ili smanjenje posledica neispravnosti, • stalni uvid u uslove pogona i stanja transformatora, • održavanje, • povećanje raspoloživosti (pouzdanost pogona, tj. manje neplaniranih isključenja i bolje planiranje namenskih isključivanja), • optimizacija eksploatacije transformatora (engl. asset management) kao što su kontrolisano opterećenje, procena preostalog veka trajanja, produženje veka trajanja, odgađanje zamene, itd., • pravilnu dijagnostiku, • povećanje sigurnosti ljudi i bolju zaštitu okoline.

1.1 Primena monitoringa

Jedan od osnovnih ciljeva ugradnje sistema monitoringa stanja jeste sprečavanje nastanka neispravnosti. Neispravnosti se pojavljuju na svim delovima transformatora sa određenim procentom pojavljivanja (slika 1.0). U međunarodnoj analizi statistički su obrađeni podaci neispravnosti na uzorku od 47000 transformatora [literatura 1]. Neispravnosti su sistematizovani po delovima transformatora za koje se pretpostavlja da su inicijalno izazvali neispravnost.

Slika 1.0 Statistički podaci neispravnosti

Iako neki delovi transformatora imaju veću verovatnoću u izazivanju poremećaja (npr. regulaciona sklopka) oni po pravilu uzrokuju neispravnost sa manje posledica nego neki delovi sa manjom verovatnoćom (npr. provodni izolatori ili namotaji).

6


Energetski transformatori predstavljaju relativno pouzdanu mašinu u elektroenergetskim postrojenjima. Verovatnoća poremećaja pri radu u normalnim uslovima na globalnom nivou iznosi 1-2% godišnje. Nasuprot tome komercijalne štete koje mogu nastati zbog neispravnosti transformatora su izrazito velike. Prema jednoj studiji radi se o iznosu od približno 9000 USD po 1 MVA snage transformatora. Radi se o istraživanju [literatura 2] na transformatorima snage veće od 25 MVA u razdoblju od 5 godina (Tabela 1.1). Treba primetiti kako materijalna šteta koja nastane usled neispravnosti podrazumeva štetu koja je nastala na opremi, kao i štetu nastalu prekidom rada u isporuci električne energije. Ponekad je šteta zbog prekida isporuke energije veća od same štete na opremi u postrojenju.

Tabela 1.1 BROJ POREMEĆAJA I IZNOSI ŠTETA PO GODINAMA [literature 2]

Godina Broj neispravnosti

Ukupna šteta USD

Šteta na opremiUSD

Šteta zbog prekida rada

USD1997. 19 40.779.507 25.036.673 15.742.8341998 25 24.932.235 24.897.114 35.1211999. 15 37.391.591 36.994.202 397.3892000. 20 150.181.779 56.858.084 93.323.6952001. 15 33.343.700 19.453.016 13.890.684

ukupno 94 286.628.811 163.239.089 123.389.722

Poremećaji transformatora mogu se u određenoj meri smanjiti adekvatnim održavanjem. Održavanjem se ne mogu u potpunosti ukloniti mogućnost nastanka poremećaja (npr. neispravnosti nastali nevremenom ili ljudskom greškom). Dosadašnja strategija održavanja podrazumevala je periodično isključenje transformatora, izvođenje dijagnostičkih ispitivanja i zamenu određenih delova transformatora nakon određenog vremenskog perioda.

Monitoringom stanja se omogućava bolji uvid u stanje pojedinih delova transformatora pa je kao rezultat moguće koristiti drugačiju strategiju održavanja – održavanje prema stanju. Osim smanjenja troškova održavanja ovakvom strategijom mogu se otkriti neispravnosti koji bi se pojavili između dva termina periodičnog održavanja, pa se pravovremenom akcijom ti poremećaji mogu izbeći.

7


2 Kvarovi i mehanizmi nastanka kvarova energetskih transformatora

Kako bi se monitoringom stanja mogli otkriti poremećaji u nastanku, potrebno je poznavati mehanizme koji dovode do poremećaja pojedinog dela transformatora. Nastanak neispravnosti se manifestuje na specifičan način koji se može detektovati promenom određenih parametara koji se mere pomoću senzora ili se estimiraju poređenjem određenog matematičkog modela. Usled povećanih toplotnih ili električnih naprezanja u blizini izolacionog materijala, dolazi do degradacije njegovih izolacionih svojstava, raspadanja celuloze i ulja pri čemu dolazi do formiranja raznih gasova u ulju, vlage i drugih produkata. Povećanje temperature ulja i namotaja, pojava parcijalnih pražnjenja, promena kapaciteta i faktora dielektričnih gubitaka provodnika su takođe vrlo pouzdani indikatori u dijagnosticiranju mehanizama koji mogu dovesti do poremećaja transformatora.

2.1 Analiza gasova rastvorenih u ulju

Jedna od najpouzdanijih dijagnostičkih metoda uvedeno sredinom 60-tih godina prošlog veka. Najčešće se sprovodi periodičnim uzimanjem uzoraka ulja iz transformatora (tipično jednom godišnje), pa se u laboratorijskim uslovima hromatografskom analizom (DGA analiza, engl. Dissolved Gas Analyses) utvrđuju koncentracije gasova rastvorenih u ulju (najčešće: vodonik, ugljen-monoksid, ugljen-dioksid, etilen, etan, metan, acetilen i kiseonik).Razvojem senzora za on-line merenje koncentracije gasova u ulju omogućeno je premošćavanje vremena između periodičkih ispitivanja uzoraka ulja u laboratoriji.Trenutno je na tržištu dostupno više različitih uređaja.

Uređaj Hydran M2 (slika 2.0) proizvođača General Electric

• Praćenje gasova rastvorenih u ulju i vlage u ulju transformatora • Prikazuje vrednosti smese gasova u ppm • Satni i dnevni trendovi/srednje vrednosti sa mogućnošću alarma • Nivo vlage prikazan preko RH% ili ppm • Analogni (4-20 mA) i digitalni (suvi kontakt) izlazi

Slika 2.0 Uređaj Hydran M2

8


Uređaj Calisto (slika 2.1) proizvođača Morgan Schaffer

• Kontinualno praćenje vode u ulju • Velika osetljivost i širok merni opseg • Kontinuirana cirkulacija ulja • Izolovani 4-20 mA izlazni signali • Dva podesiva nivoa alarma sa indikacijom pomoću releja (radni mirni kontakt) • Komunikacija: RS-232, RS-485 i 4-20 mA izlazni, mogućnost bežičnog RS-232, i

Ethernet konfiguracije

Slika 2.1 Uređaj Calisto

Senzor vlage Vaisala (slika 2.2)

• Senzor vlage i temperature ulja u transformatoru • Dva analogna izlazna kanala • Mogućnost alarmnog releja• Komunikacija: RS 232C/422/485

Slika 2.2 Senzor vlage Vaisala

9


Uređaj Transfix (slika 2.3) proizvođača Kelman

• Praćenje gasova rastvorenih u ulju i vlage u ulju transformatora (8 gasova: vodonik (H2), metan (CH4), etan (C2H6), etilen (C2H4), acetilen (C2H2), ugljen-monoksid (CO), ugljen-dioksid (CO2), kiseonik (O2) i vlagu u ulju)

• Korišćenje foto-akustične spektroskopije za rezultate visoke pouzdanosti• Ugrađen procesor sa memorisanjem 10.000 merenja

Komunikacija: RS-232, USB, PSTN Modem, GSM i drugi protokoli.

Slika 2.3 Uređaj Transfix

Vodonik je gas koji se u najvećoj meri stvara pri pojavi parcijalnih pražnjenja, ali i prilikom raznih drugih pojava kao što su pregrevanje jezgra i namotaja, varničenje u ulju itd.

Povećavanjem koncentracije vlage u ulju, koja je produkt degradacije papirne izolacije, dolazi do smanjenja dielektrične čvrstoće izolacije transformatora. Voda u ulju može postojati u rastvorenoj formi ili može biti izdvojena na dnu kazana u kojem se nalazi ulje. Voda u slobodnom stanju postoji kada količina vode rastvorene u ulju premaši granicu rastvorljivosti. Količina vlage koja može biti rastvorena u ulju značajno raste sa povećanjem temperature ulja.

Uticaj kiseonika na stanje ulja je znatno ozbiljniji ali i sporiji u odnosu na uticaj vlage u ulju. Slabljenje karakteristika ulja nastaje usled formiranja kiselina i muljevitog taloga, prouzrokovanih oksidacijom.

Što je temperature ulja viša, slabljenje karakteristika ulja usled oksidacije je brže. Pri povećanju temperature za 10 ºC, brzina oksidacije se udvostručuje. Iz tog razloga treba sprečavati stanja preopterećenja transformatora, naročito u letnjem periodu.

10


2.2 Monitoring temperatura

Monitoring temperatura moguće je ustanoviti pojave pregrevanja u transformatoru, procenjivati efikasnost sistema hlađenja transformatora i procenjivati stanje izolacije transformatora. Najznačajnija temperatura, od koje direktno zavisi starenje izolacije, jeste temperatura najtoplije tačke namotaja. Ona se može meriti ugradnjom posebnih termometara koji mere temperaturu u jednoj tački ili duž celog namotaja. Ugradnja ovakvih termometara moguća je samo kod novih transformatora.

Osim tog nedostatka, radi se o relativno skupoj opremi pa se mnogo češće temperatura najtoplije tačke namotaja procenjuje nekim od matematičkih modela, najčešće propisanih standardom IEC. Modeli uzimaju u obzir temperaturu ulja, faktor opterećenja transformatora, uključenost pumpi i ventilatora. Za merenje temperature ulja najčešće se koriste otporni termometri (Pt-100) koji se ugrađuju u džepove na sudu,i na ulazima i izlazima iz hladnjaka. Često se meri i temperatura okoline, kao i temperatura ulja u regulacionoj sklopci.

Pt-100 sonda (slika 2.4)• Pt-100 sonda sa 4 žice spojena na RTD modul

Sonda omogućava monitoring:• Ulja pri vrhu i dnu suda• Ulazi u i izlazi iz hladnjaka • Regulaciona sklopka • Okolina • TMS ormar

Slika 2.4 PT-100 sonda

11


2.3 Monitoring napona i struja

Monitoring napona se najčešće obavlja merenjem napona na mernom priključku provodnika. Osim napona ovim je moguće meriti i promene kapaciteta provodnih izolatora što je indikator potencijalnog poremećaja provodnih izolatora. Provodni izolatori su izloženi velikim električnim i mehaničkim naprezanjima, a najčešći mehanizmi neispravnosti su prodor vlage i parcijalna pražnjenja. U slučaju poremećaja provodnih izolatora moguće su katastrofalne posedice, kao što su eksplozije i zapaljenja transformatora, nastanak kratkog spoja i dr.

Napon VDC• Adapter za priključenje na merni priključak provodnih izolatora (slika 2.5)• Kapacitivni delitelj

Pretvarač napona • Izlaz 4-20 mA • Veza između VDC i pretvarača preko visoko kvalitetnog RG213 koaksijalnog kabla

Slika 2.5 Merenje napona na provodnom izolatoru

Struja se najčešće meri pomoću strujnih mernih transformatora. Ona je izrazito važan parametar za monitoring stanja, jer u kombinaciji sa monitoringom temperatura omogućava procenu temperature najtoplije tačke namotaja iz čega sledi procena brzina starenja papirne izolacije i procena preostalog životnog veka. Omogućava i planiranje preopterećivanja transformatora. Povećane struje osim termičkih proizvode i povećana mehanička opterećenja koja imaju negativan efekt na namotaje transformatora.

12


2.4 Monitoring parcijalnih pražnjenja

Parcijalna pražnjenja se pojavljuju kao posledica povećanja napona, oštećenja izolacije, vlage u izolaciji, šupljina u čvrstoj izolaciji, slobodnih metalnih čestica i mehurića gasova u ulju. Povećanje parcijalnih pražnjenja u izolaciji transformatora znak je slabljenja izolacionih svojstava materijala, pa je kao rezultat moguć proboj izolacije. Za detekciju parcijalnih pražnjenja postoje električne i akustične metode. Akustički senzori se ugrađuju u transformator ili se postavljaju spolja na sud transformatora. Veoma su osetljiviji na spoljašnje uticaje (kiša, vetar, olabavljeni delovi koji vibriraju, buka jezgra, ventilator), ali ih je lakše ugraditi na stari transformator.

Najveća prednost akustične metode jeste mogućnost lociranja parcijalnih pražnjenja unutar samog transformatora primenom adekvatnog algoritma i dobrim razmeštajem senzora. Kod obe metode najveći problem predstavlja smanjivanje smetnji. Ukoliko se parcijalna pražnjenja pojavljuju u ulju doći će do povećanja koncentracije vodonika što se može detektovati nekim od senzora gasova rastvorenih u ulju.

Uređaj PD-Guard (slika 2.6)• Senzor parcijalnih pražnjenja za kontinualni monitoring • FPGA digitalna obrada signala (RTOS računar)• PD frekvencijski pojas - 10 kHz do 2000 kHz• Digitalni filtri • Statusne LED diode za alarm i mrežnu aktivnost • Software za PD analizu • TCP/IP 10/100 Mbps

Slika 2.6 Uređaj PD-Gusrd

13


2.5 Monitoring regulacione sklopke

Najveći broj poremećaja kod transformatora uzrokuje regulaciona sklopka. Iako je po pravilu reč o neispravnosti s manjim posledicama, oni utiču na smanjenje pouzdanosti transformatora zbog čega je monitoring regulacione sklopke poželjan. Poremećaji regulacione sklopke su uglavnom mehaničke, a u manjoj meri električne prirode. Za dijagnosticiranje mehaničkih poremećaja najčešće se prati moment ili snaga pogonskog motora sklopke.

Pri svakom preklapanju između položaja regulacione sklopke, koje tipično traje oko 5 sekundi, meri snaga motora, nakon čega se određuje energija za preklapanje, vršna snaga, trajanje preklapanja i drugi parametri, koji mogu biti pokazatelji određenih nepravilnosti u radu sklopke.

Kontakti regulacione sklopke se troše svakim preklapanjem, zbog povećanja kontaktnog otpora dolazi do povećanog zagrevanja ulja u kotlu regulacione sklopke. Merenjem temperature ulja u kotlu regulacione sklopke i upoređivanjem sa temperaturom ulja u kotlu transformatora, moguće je utvrditi da dolazi do povećanog zagrevanja ulja u regulacionoj sklopci.

2.6 Monitoring sistema hlađenja

Najčešće se prate stanja uključenosti pumpi i ventilatora. Ukoliko neki ventilatori ili pumpe nisu uključeni, kada bi to trebali biti, doći će do povećanog zagrevanja transformatora.

Do povećanog zagrevanja može doći zbog smanjenja efikasnosti pojedinog hladnjaka pa se ponekad mere temperature ulja na ulazima i izlazima iz hladnjaka. Monitoringom sistema hlađenja moguće je, takođe, bolje odrediti temperaturu najtoplije tačke namotaja.

14


3 Monitoring stanja energetskih transformatora EMS KONČAR 220/110 kV

3.1 Hardver

Server monitoring stanja je računar sa Windows XP operativnim sistemom, programima monitoringa i bazom podataka. Preko servera, monitoring stanja može razmenjivati podatke sa drugim sistemima (SCADA). Rezultati monitoringa mogu biti informacije, upozorenja i preporuke na osnovu:

• poređenja izmerenih/zadatih veličina i postavljenih graničnih vrednosti, ili

• poređenje izmerenih veličina i veličina dobijenih simulacijom.

Podsistem na transformatoru sastoji se od mernih pretvarača i kontrolera (FieldPoint). Kontroler ima realtime operativni sistem (Pharlap) i aplikaciju za praćenje (e- Trafo Origin) koja prikuplja podatke od pretvarača, obrađuje ih i prosleđuje serveru sistema monitoring, gde se arhiviraju i dodatno obrađuju radi dostavljanja korisniku.

Vrlo važna osobina ovog sistema je da kontroler pomoću aplikacije e-Trafo Origin prepoznaje prekid komunikacijske veze ili poremećaj servera. U tom slučaju kontroler preuzima na sebe monitoring, obradu i arhiviranje podataka. Kada se neispravnost ukloni, odnosno uspostavi veza sa serverom, kontroler server prosleđuje prikupljene podatke gde se oni trajno memorišu i stavljaju korisniku na raspolaganje. Na taj način se postiže uvid u stanje transformatora i uslove pogona, uključujući i period kad nije aktivna aplikacija za monitoring na serveru, kad je server isključen i u periodu kada je prekinuta komunikacijska veza.

Senzori su ugrađeni na odgovarajuća mesta na transformatoru, a kontroler je smešten u ormarić sistema monitoring.

15


U ormariću su smešteni i drugi uređaji sistema: zaštita (osigurači), uređaj za neprekidno napajanje kontrolera, grejači, termostati, higrostat za regulaciju mikroklime ormarića, uređaji za prenaponsku i zaštitu ulaznih modula kontrolera, pretvarač (media converter) za povezivanje bakarnog i optičkog kabla i drugi uređaji (slika 3.0).

Slika 3.0 Ormar sistema monitoringa

Merni pretvarači (senzori) mere (detektuju) podatke pojedinih mernih veličina, ili veličina koje karakterišu određeni sklop transformatora ili njegove opreme (npr. termometar u džepu na poklopcu suda transformatora, strujni transformator, naponski transformator, radno stanje ventilatora ili uljnih pumpi, itd.). Merni pretvarači, osim senzorom za merenje, mogu biti opremljeni i procesorom, I tako obrađivati podatke na nivou funkcije (sklopa) ili opreme (npr. monitoring temperature najtoplije tačke namotaja, monitoring gasova rastvorenih u ulju, monitoring regulacione sklopke) pa mogu imati komunikaciju sa računarom.

UPS – uređaj za neprekidno napajanje, napaja uređaje sistema monitoring iz mreže 230V AC. U slučaju nestanka naizmeničnog napajanja, uređaj automatski nastavlja napajanje iz mreže pomoćnog napajanja, ako je raspoloživo (npr. 220V DC). U slučaju nestanka i tog napajanja, uređaj iz sopstvenih baterija napaja sistem sledećih 7 do 10 sati. Na taj način sistem ima dovoljnu autonomiju za rad.

16


3.2 Softver

Programska podrška sistema monitoring transformatora razvijena je u LabVIEW razvojnom okruženju i čine je tri glavne aplikacije:

• e-Trafo Origin – aplikacija za monitoring koja se izvršava na kontroleru (engl. Programmable Automation Controller), prikupljanje i obradu signala.

• e-Trafo Spot – aplikacija za monitoring na računaru (PC). Ova aplikacija zadaje dodatnu obradu signala, dugoročno arhiviranje rezultata kao i usluživanje klijenata.

• e-Trafo Anywhere – aplikacija za pristup rezultatima monitoring sa udaljenog ili sa lokalnog računara-servera (smeštenog u samom postrojenju ), (slika 3.1 ). e-Trafo Spot je serverska aplikacija koja može istovremeno da uslužuje više klijenata pri čemu se klijenti proizvoljno mogu spajati i pristupiti rezultatima monitoringa. e-Trafo Anywhere je klijent aplikacija sa grafikom koje omogućava pristup i prezentaciju u adekvatnom obliku (grafičkom, numeričkom i sl.).

Aplikacija se sastoji od modula za prikaz trenutnih vrednosti merenih veličina pojedinih delova transformatora (aktivni deo, provodnici, sistem hlađenja itd.) pa module za prikaz trendova (grafički prikaz), alarma itd. Moguće je pratiti više različitih monitoringa , a za pristup svakome od njih dovoljno je iz menija odabrati željeni sistem čime se uspostavlja komunikacija sa njegovim serverom. Kad korisnik zatraži podatke od određenog servera e-Trafo Anywhere najpre pokušava uspostaviti komunikaciju sa tim serverom (preduslov je postojanje veze između udaljenog računara i servera npr. LAN, Internet i VPN ili dial-up). Kad je komunikacija sa serverom uspostavljena, e-Trafo Anywhere šalje serveru određenu naredbu za prijavu (log-in) sa svojim podacima za prijavu. Modul za upravljanje vezama unutar server aplikacije proverava podatke za prijavu koje je primio od klijent aplikacije. Ukoliko klijent ima pravo pristupa modul za upravljanje vezama memoriše informacije o uspostavljenoj vezi i osigurava pristup toj vezi (engl. Application Programming InterfaceAPI).

Nakon toga server klijentu šalje naredbu kojom se potvrđuje uspešna prijava. U slučaju da korisnik nema pravo pristupiti serveru veza će biti prekinuta o čemu će korisnik biti obavešten. Kad klijent aplikacije dobije potvrdu o uspešnoj prijavi, ona počinje slati naredbe i to na osnovu korisnikovih aktivnosti (korisnikovih zahteva za određenim podacima). Novu naredbu klijent aplikacije proslediće samo kad korisnik zatraži neke druge podatke. Modul za upravljanje vezama prima naredbe od klijenata i memoriše ih za svakog klijenta. Sadržaj naredbe se analizira prosleđuje odgovarajućem modulu unutar informacionog servera. Središnja aplikacija na serveru sprovodi sve zadatke praćenja od kojih su akvizicija i obrada signala najvišeg prioriteta, dok posluživanje korisnika i čuvanje podataka imaju niži prioritet. Informacioni server prosleđuje korisnikove zahteve u središnju aplikaciju iz koje dobija rezultate i šalje ih klijentu samo ako je došlo do promene rezultata iz poslednje iteracije (promenila se vrednost neke merenje veličine). Na taj se način znatno smanjuje promet podataka između klijenta i servera što omogućava pristup serveru putem analogne telefonske linije ili mobilnog telefona.

17


Tag Engine - program koji prenosi podatke s kontrolera na server, upisuje ih u bazu podataka i daje ih na raspolaganje programu e-Trafo Spot. Takođe podatke dobijene obradom u programu e-Trafo Spot memoriše u bazu (slika 3.2).

Baza podataka - služi za memorisanje prikupljenih i obrađenih podataka na serveru sistema monitoringa. Podaci koji se čuvaju u bazi su izmerene vrednosti, zadate (određene) vrednosti i alarmi.

Slika 3.1. e-Trafo Anywhere – glavni prozor

18


Slika 3.2 Tok podataka u sistemu monitoringa

19


Ako u trafostanici postoji izgrađena lokalna mreža (LAN) sa zaštitnom barijerom (engl. Firewall) posluživanje udaljenih korisnika može se obavljati preko Interneta, koristeći resurse i sigurnosnu zaštitu LAN-a (VPN5 konekcija). Ukoliko priključak LAN-a na Internet nije sigurnosno rešen, posluživanje udaljenih korisnika može se obavljati modemom (slika 3.3).

Slika 3.3 Sistem komunikacije

20


3.3 Prezentacija podataka

Sistem monitoringa aplikacijom e-Trafo Anywhere prezentuje podatke (trenutna vrednost veličine) (slika 3.7), tabličnog prikaza (aktuelni i alarmi koji su se dogodili u prošlosti, slika 3.4) kao I grafički (prikaz praćenih veličina u proizvoljnom vremenskom intervalu (slika 3.5 i 3.6).

Slika 3.4 Prikaz alarma praćenih veličina

Slika 3.5 Grafički prikaz vrednosti praćenih veličina

21


Slika 3.6 e-Trafo Anywhere – Prognoza opterećenja

Slika 3.7 e-Trafo Anywhere - Trenutne vrednosti

22


Prezentacija podataka je lokalna – na serveru sistema monitoringa, ili daljinska – prezentacija podataka na udaljenom računaru. Pri daljinskom pristupu sistemu, podaci se sa servera prenose na udaljeni računar i prezentuju se aplikacijom e-Trafo Anywhere na potpuno jednak način kao i na serveru sistema praćenja.

Monitoring provodnih izolatora

Naponi Struje Indeks kapaciteta provodnih izolatora Parcijalna pražnjenja Ugao gubitaka

Monitoring aktivnog dela

Struje Temperatura Snaga Gubici Gasovi rastopljeni u ulju Vlaga u ulju Vlaga u papirnoj izolaciji Brzina starenja Preostali vek trajanja

Monitoring regulacione sklopke

Položaj sklopke Struja preklapanja Trošenje sklopke prilikom preklapanja Vreme preklapanja

Monitoring sistema hlađenja i zaštitne opreme

Temperatura Protok ulja Nivo ulja u konzervatoru Radna stanja hladnjaka, pumpi i ventilatora Vreme rada hladnjaka, pumpi i ventilatora Buholc alarm/iskljucenje Termoslika alarm/isključenje Kontaktni termometar alarm/isključenje

23


3.4 Dalji razvoj

Početak razvoja monitoring stanja datira od 80-tih godina prošlog veka. Od tada pa do danas došlo je do značajnog napretka informatičke tehnologije, opreme za automatizaciju merenje, kao I senzora i metoda za monitoring pojedinih parametara transformatora. Danas su sistemi monitoringa prepoznati kao važan „alat“ za poboljšanu eksploataciju transformatora kao važnom komponentom svakog elektroenergetskog postrojenja. Sa sadašnje tačke gledišta predvidljiva su dva pravca daljeg razvoja monitoringa.

Prvi obuhvata dalji razvoj senzora i mernih metoda u svrhu poboljšanja postojećih, kako u tehnološkom tako i ekonomskom smislu, kao I u razvoju novih. Ovde se u prvom redu očekuje poboljšanje postojećih metoda za monitoring parcijalnih pražnjenja u vidu smanjenja spoljašnjih smetnji, zatim gasova u ulju , i provodnih izolatora. Od novih metoda najviše obećavaju praćenje vibracija regulacione sklopke kao alat za detekciju mehaničkih i električnih poremećaja u radu iste.

Paralelno razvoju senzora očekuje se razvoj automatizovanog prevođenja podataka, koji se prikupljaju monitoringom u jasne i smislene informacije koje se prezentuju korisniku. Naime, kako se svakodnevno povećava broj parametara koje je moguće obuhvatiti monitoringom, tako se istovremeno prikuplja sve veća količina podataka. Za analizu tako velike količine podataka nužno je utrošiti određeno vreme, i ne manje važno, posedovati znanje za interpretiranje njenih rezultata. Upravo zbog ograničenosti ljudskih resursa sa specijalističkim znanjem, korisnici traže načn kojim bi se omogućilo što bolje interpretiranje rezultata monitoringa. Jedan od načina je u smanjenju broja merenih velična i ograničavanja funkcionalnosti sistema monitoringa.

Rešenje ovog problema je razvoj sistema, koji će kao nadogradnja sistema monitoringa, omogućiti automatsku obradu ispitivanja, i kao rezultat pružiti bolju dijagnostiku stanja transformatora.

U stručnoj literaturi, koja pokriva područje monitoring stanja, u poslednjih nekoliko godina je objavljen određeni broj radova na ovu temu. Radi se o raznim pokušajima da se podaci prikupljeni monitoringom obrade pomoću neke od tehnika napredne inteligencije i kao rezultat generišu određene preporuke, upozorenja i sl.

Najčešće spominjane tehnike su neuronske mreže, ekspertni sistemi, fuzzy logic.

On-line dijagnostika transformatora je još uvijek najvećim delom u fazi istraživanja i treba da se potvrditi u praktičnoj primeni. Ukoliko se i potvrdi njena primena, može se očekivati da njeni rezultati i preporuke ipak neće biti informacija za donošenje odluka, već pomoćni alat kod donošenja odluka koje se odnose na monitoring.

24


4 EPT202 – digitalna termoslika

Slika 4.0 Digitalna termoslika

Termoslika (slika 4.0) je digitalni uređaj namenjen za termičku zaštitu energetskih transformatora od preopterećenja. Uloga termoslike je da stalno meri temperature u ulja i prati jačinu struje energetskog transformatora. Na temelju tih parametara izračunava temperaturu najtoplije tačke namotaja i preduzima određene akcije (uključenje- isključenje ventilatora/pumpi, aktivira alarme, isključuje transformator). Digitalna termoslika meri efektivnu vrednost struje i meri temperaturu ulja transformatora.

25


4.1 Karakteristike uređaja

Uređaj termoslika pokazuje temperaturu ulja i temperaturu najtoplije tačke namotaja. To zahteva konekciju uređaja sa mernom sondom Pt100 ili 4…20 mA izlazom koji mere “TopOil” temperature u transformatoru. Maksimalna i minimalna vrednost temperature ulja i temperatura najtoplije tačke namotaja kao i maksimalna vrednost struje opterećenja se pamte i mogu se izlistati. Dva analogna izlaza i RS 485 interfejs su dostupni za daljinsko očitavanje vrednosti temperature. Uzimanje podataka se koriste za čuvanje pojedinih temperaturnih parametara u jednakim intervalima kako bi se iskoristili u bilo koje vreme.

Termoslika transformatora je u skladu sa IEC 60354 i ANSI standardom. Zbog toga strujni transformator (CT) koji detektuje opterećenje transformatora mora biti priključen na uređaj. Parametrizacija transformatora i procesi hlađenja mogu biti obavljeni preko tastera na prednjem panelu ili putem vizualizacionog softvera koji je dostupan kao opcija.

Četiri releja se koriste za kontrolu 5 stanja hlađenja. Ovo takođe može biti selektivno kontrolisano tokom operacije promene opterećenja. Ovo omogućava ujednačeno opterećenje pojedinih grupa. Osim toga jedan relej je dostupan za Alarm i Trip. Tačka isključenja, histerezis i vreme kašnjenja za pojedine releje mogu biti podešeno po želji. Moguća je i ručna manipulacija.

Dodatna specijalna osobina je proračunavanje preostalog životnog veka prema IEC ili ANSI standardu.

Senzor za temperaturu može biti povezan na 4-20 mA izlaz senzora za snimanje temperature ambijenta. Pt100 senzor mora onda meriti “TopOil” temperature.

26


4.2 Tehnički podaci

Temperaturni opseg

Radni -25ºC…+70ºC

Skladišni -30ºC…+85ºC

Operativni elementi, indikatori, terminali

Operativni elementi 5 funkcionalnih tastera osetljivih na pritisak

Indikatori monohromatski displej, bela slova na plavoj podlozi, 128 x 64 pix

Statusi LEDs 1 LED, zelen, za “POWER”

1 LED, žut, za “ALARM”

1 LED, crven, za “TRIP”

1 LED, crven, za “ERROR”

4 LED, žut, za kontakte uključenja S1 do S4

Terminali sa zaštitnim pritezanjem, za krute provodnike: 0,2-2,5 mm na kvadrat ,za fleksibilne provodnike (sa jezgrom i omotačem): 0,2-2,5 mm na kvadrat.

Ulazi 100 do 240 V AC, 50 do 400 Hz

100 do 353 V DC

Opciono: 20-72 V DC

Potrošnja Max 10 VA ili 10 W

Temperaturni senzor Pt100 sa 2 ili 3 provodnika ili 4 do 20 mA signal, standardni merni . opseg: -20ºC…+140ºC (ostali na zahtev)

Strujni transformator 0,5 do 5 A nominalno

Kapacitet kontinualnog opterećenja: 10 A za 8 h

Struje kratkog spoja: 500 A za 1 s

27


Analogni izlazi 1 temperatura ulja, temperaturni opseg: -20ºC…+140ºC

1 temperatura namotaja, temperaturni opseg: 0ºC…+160ºC

Oba ova izlaza mogu biti postavnjeni željeno: 0 do 10 V, 0 do 1 mA, 4 do 20 mA (signal greške < 3.6 mA), 4 do 20 mA (signal greške > 2,2 mA), 0 do 20 mA (signal greške > 2,2 mA).

Interfejs 1 RS 232 sa 9-pin, sub D utikač za parametrizaciju i prikupljanje . podataka

1 RS 485 na zavrtanje

1 SPI bus sa 15-pin, sub D utikač za konekciju na dodatne module

Releji 4 c/o, S1-S4, AC: 250V/12A, DC: 110V/0,4A

2 c/o, ALARM-TRIP, AC: 250V/5A, DC: 110V/0,4A

1 n/c, ERROR, AC: 250V/5A, DC: 110V/0,4A

Test

Električna bezbednost Klasa zaštite 1 po standardu IEC 60536

Klasa zaštite IP 00 po standardu IEC 60536

Stepen zaprljanosti 2 po standardu IEC 664-1

Prenaponska kategorija III po standardu IEC 664-1

Elektomagnetna kompatabilnost

IEC 61000-4-2 Imunost prema elektrostatičkom pražnjenju sa 6/8kV

IEC 61000-4-3 Imunost prema HF polju sa 10V/m,80 do 100 MHz

IEC 61000-4-4 Imunost prema proboju sa 2 kV

IEC 61000-4-5 Imunost prema udaru sa 2 kV

IEC 61000-4-8 Imunost prema magnetnom polju sa 30V/m, 50 Hz

IEC 61000-4-11 Imunost prema padu napona AC: 30%/0,5 perioda,

DC: 100%/10 ms i 60%/100 ms

28


Temperatura i klimatska izdržljivost

IEC 60068-2-1 suvo-hladno, -25ºC/20 sati

IEC 60068-2-2 suvo-toplo, +70ºC/16 sati

IEC 60068-2-3 vlažno-toplo, +40ºC/93%/2 dana

IEC 60068-2-30 vlažno-toplo, period12x12 sati +55ºC/93%/6 ciklusa

Opsezi podešenja

Parametri Oblast Korak

Temperaturni opseg, kalibracija: -20ºC do +140ºC 1ºC

Analogni izlaz 1

Analogni izlaz 2 kalibracija: 0ºC do +160ºC 1ºC

Interval prikupljanja podataka 5 do 1440 min 1 min

Test funkcija 0 do 150% 0,1 ºC

Interval promene opterećenja 0 do 9999 h 1 h

Vreme kašnjenja S1 do S4 0-120 s 0,1 s

Histerezis ALARM,TRIP min 1% temperature 0,1 K

Vreme kašnjenja ALARM,TRIP 0-120 s 1

CT transformator 1 do 5000:1 1

Hotspot factor 1,0 do 2,0 0,1

Gradijent 0,0 do 50,0 K 0,1K

Vremenska konstanta 0 do 30 min 1min

29


5 ZAKLJUČAK

Monitoring transformatora pronašao je svoju primenu u elektroenergetskim postrojenjima širom sveta i dokazao svoju važnost u smislu sprečavanja neispravnosti transformatora, zaštiti osoblja i okoline, kao i bolje eksploatacije transformatora, što je naročito došlo do izražaja nakon liberalizacije tržišta električne energije.

U radu su predstavljene osnovne metode monitoringa stanja uz koje je dat prikaz monitoringa

transformatora Končar TMS. Nastavak razvoja se očekuje na području novih mernih metoda, senzora, poboljšanju postojećih kao i nadogradnju sistema funkcijom automatizacije dijagnostike stanja transformatora.

30


6 Literatura

1. CIGRÉ Working Group 05, „An international Survey on Failures in Large Power Transformers in Service“, Electra, no. 88, 1983.

2. W. H. Bartley, “Analysis of Transformer Failures“ International Association of Engineering Insurers 36th Annual Conference, Stockholm, 2003.

3. Zlatan Stojković „Monitoring i dijagnostika visokonaponskih postrojenja “.

4. T. Dropulić, M. Banović, S. Keitoue, „Inteligentno upravljanje rashladom transformatora sustavom motrenja transformatora Končar TMS“.

5. B. D. Sparling, „Moving Forward from Monitoring to Diagnostics“, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2001, vol. 2, pp. 960-963.

6. Transfix – Users Guide, Kelman, 2006.

7. MTeC® - ETP202 Digital Thermometer

31

monitoring stanja energetskih transformatora

Documents