РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ МОНИТОРИНГА И ОПЕРАТИВНОГО ОПОВЕЩЕНИЯ О ТЕПЛОВОМ СОСТОЯНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РАБОТЕ ОХЛАДИТЕЛЕЙ

В связи с увеличением потребления электрической мощности в России, повышением автоматизации отрасли и увеличению надежности и долговечности эксплуатации основного оборудования электростанций требуется разработка и внедрение автоматизированных систем мониторинга и технической диагностики основного и вспомогательного оборудования электроустановок.

Ввод системы оперативного мониторинга не заменяет традиционные методы защиты основного и вспомогательного оборудования, а дополняет их, в значительной мере повышая их надёжность.

В данной работе рассматривается возможность разработки алгоритмов для реализации оперативного контроля за работой маслоохладителей и мониторинга за тепловым состоянием обмотки трансформаторов. В качестве примера взяты охладители трансформаторов ОРЦ-533000/500, используемые энергетической компанией на гидроэлектростанции.

Работа алгоритмов основана на анализе тенденции изменения исследуемого параметра.

Система охлаждения типа OFWF предназначена для отвода тепловых потерь трансформатора блока и состоит (на каждой фазе) из:

• 3-х маслоохладителей (2 рабочих, 1 резервного);
• 3-х электронасосов (2 рабочих, 1 резервного);
• пускового электронасоса;
• патрубков забора горячего масла из верхней части бака трансформатора;
• патрубков нагнетания охлажденного масла в нижнюю часть бака трансформатора.

Для обеспечения работоспособности и обслуживания системы охлаждения имеются:

• термометры и манометры для определения температуры и давления воды и трансформаторного масла на входе и выходе каждого маслоохладителя;
• абсорбционные фильтры для регенерации трансформаторного масла;
• фильтр очистки масла от механических примесей;
• шкафы питания и управления охлаждением (ШПОТ, ШОТ, ШОМ).

Рассмотрим работу системы охлаждения трансформаторного оборудования. Горячее масло из верхней части бака трансформатора  перекачивается насосом через маслоохладитель, охлаждается циркулирующей в нем водой и возвращается через пластинчатый фильтр  в нижнюю часть бака. Циркуляция воды через охладитель осуществляется с помощью водяного центробежного насоса.

В данной работе представлено три алгоритма оперативного мониторинга и контроля:

• мониторинг за рабочим состоянием маслоохладителей;
• мониторинг за состоянием температуры обмотки трансформатора;
• слежение за состоянием давления воды и масла в каждом маслоохладителе.

Во всех алгоритмах величины уставок и задержек необходимо уточнить по результатам опытной эксплуатации.

Разработка алгоритма оперативного мониторинга за рабочим состоянием маслоохладителей.

Рисунок 1. Схема алгоритма оперативного мониторинга за рабочим состоянием маслоохладителей

Показания датчиков температуры нижних слоёв масла в баке трансформатора (Т_a) сравниваются с температурой уставки (Т_уст), которая выбирается из диапазона температуры масла при нормальном режиме работы системы охлаждения трансформатора. Температура масла у трансформаторов (с системой охлаждения OFWF) не должна превышать 70ºС [1, с. 8]. Ввод этой уставки необходим для реализации мониторинга тенденции изменения температуры в пределах нормальной работы, что позволит вовремя обнаружить зарождение дефекта и запланировать ремонт, предотвратив аварийный и внеплановый вывод оборудования. При превышении уставки проверяется наличие нагрузки на трансформаторах. При присутствии таковой, сравнивается температура на входе в маслоохладитель и выходе из него. По полученным результатам производится либо сброс сигнала, либо вывод его на монитор АРМ в виде сигнала «Неисправная работа маслоохладителей». Этот сигнал не является аварийным. Он предназначен для того, чтобы обслуживающий персонал обратил внимание на проблему в работе системы охлаждения трансформатора и успел вовремя разработать и предпринять ряд определённых действий, не допускающих перехода оборудования в предаварийное и аварийное состояние.

Принцип работы алгоритма изложен ниже. Для примера выберем фазу А. Показания датчика температуры Т_а сравниваются с температурой уставки Т_{уст а}. Если значение температуры, снятое с датчика не превышает уставку (логический «0»), сигнал сбрасывается через логический элемент «ИЛИ» в начало алгоритма. Если значение температуры выше или равно температуре уставки (логическая «1»), сигнал проходит к сумматору. Затем проводится проверка нагрузки трансформатора. Значение с датчика нагрузки (Р) сравнивается со значением уставки (Р_уст). Р_уст принимаем равное нулю. Если Р=Р_уст, сигнал сбрасывается через логический элемент «ИЛИ» в начало цикла. Если Р>Р_уст, сигнал проходит к сумматору.

Если выявлено, что трансформатор находится под нагрузкой и температура масла после прохождения маслоохладителей выше принятой уставки, проверяется разность температур масла на входе и выходе каждого маслоохладителя. Критерием нормальной работы маслоохладителя является снижение в нем температуры на 10ºС при номинальной нагрузке трансформатора [1, с. 15]. Исходя из этого, уставку принимаем равную 10ºС. При |ΔТ| ниже установленного критерия у всех охладителей подаётся сигнал «Неисправная работа маслоохладителей» на АРМ обслуживающего персонала, при учёте исправности всех датчиков. Если хотя бы один охладитель имеет приемлемое значение температуры охлаждающего масла, сигнал сбрасывается в начало алгоритма.

Разработка алгоритма мониторинга за состоянием температуры обмотки трансформатора.

Рисунок 2. Схема алгоритма мониторинга за состоянием температуры обмотки трансформатора

Данный алгоритм подразумевает введение дополнительной уставки температуры обмоток трансформатора. Её выбирают из диапазона нормальной работы контролируемого оборудования. Представленный алгоритм может быть использован для проведения оперативного мониторинга за состоянием температуры обмотки трансформатора в нормальном режиме работы, наблюдения за наличием скорости роста исследуемого параметра и тенденции её изменения. Это поможет выявить дефект на ранней стадии его развития и заблаговременно оповестить обслуживающий персонал о его наличии, не доводя оборудование до предаварийного и аварийного состояния. Тем самым повышается эффективность управления и исключается работа оборудования в неблагоприятных режимах (перегрев). У персонала будет достаточно времени для осуществления необходимых мер для обнаружения и устранения дефекта до срабатывания предупредительной сигнализации.

Принцип работы предложенного алгоритма представлен ниже. Температура обмоток трансформатора не должна превышать 100ºС. На каждой фазе блочных трансформаторов имеются индикаторы температуры (2 шт.) наиболее горячей точки обмоток, которые при достижении обмоткой температуры 105ºС действуют на сигнал, а при достижении обмоткой температуры 115ºС – на отключение трансформатора через МП защиты. Предлагается ввести уставку 80ºС.

Показания датчика температуры Т_об сравниваются с температурой уставки Т_уст. Если значение температуры, снятое с датчика не превышает уставку (логический «0»), сигнал сбрасывается через логический элемент «ИЛИ» в начало алгоритма. Если значение температуры выше или равно температуре уставки (логическая «1»), сигнал проходит к сумматору. Затем проводится проверка нагрузки трансформатора. Значение с датчика нагрузки (Р) сравнивается со значением уставки (Р_уст). Р_уст принимаем равное нулю. Если Р=Р_уст, сигнал сбрасывается через логический элемент «ИЛИ» в начало алгоритма. Если Р>Р_уст, сигнал проходит к сумматору.

Если температура обмотки, снятая с индикатора температуры, превысила уствку и трансформатор находится под нагрузкой, проверяется наличие изменения исследуемого параметра и определяется скорость этого изменения. Если скорость роста температуры меньше скорости уставки, сигнал сбрасывается через логический элемент «ИЛИ» в начало алгоритма. Если скорость изменения температуры больше или равна скорости уставки, импульс направляется к сумматору. Вместе с тем анализируется изменение контролируемого параметра. Текущее значение (Т_t.об) сравнивается с сохранённым значением (Т_с.об), выданным с задержкой по времени. Если разница температур превышает установленную ∆Т_об или равна ей, импульс проходит к сумматору. При ∆Т<∆Т_уст происходит сброс через логический элемент «ИЛИ» в начало алгоритма. Процесс сравнения повторяется заданное количество раз (n) с определённой задержкой по времени. Если данный процесс выявил рост скорости нагрева обмотки или рост температуры с постоянной скоростью, то с учётом исправности датчиков Т_об и Р подаётся сигнал «Ненормальное изменение температуры в маслоохладителе» на пульт управления. Это необходимо для того, чтобы обслуживающий персонал обратил на это внимание и успел разработать ряд действий для устранения неисправности, пока она не переросла в аварийный дефект.

Алгоритм слежения за состоянием давления воды и масла в каждом маслоохладителе.

Рисунок 3. Схема алгоритма слежения за состоянием давления воды и масла в каждом маслоохладителе

В системе охлаждения трансформаторного оборудования имеются барометры, предназначенные для измерения давления воды и трансформаторного масла на входе и выходе каждого маслоохладителя. При масловодяном охлаждении трансформаторов давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,1 кгс/см² (10 кПа) при минимальном уровне масла в расширителе трансформатора [2, с. 93]. Исходя из этих требований и для обнаружения несоответствия до аварийного срабатывания системы защиты, примем уставку разности давлений равную 0,2 кгс/см² (20 кПа). При необходимости значение задаваемой уставки корректируется.

Превышение давления трансформаторного масла в маслоохладителе необходимо для того, чтобы исключить подсосы воды в масло  в случае образования неплотностей и трещин в трубах, по которым циркулирует вода. С этой же целью маслонасосы установлены перед маслоохладителями. Алгоритм предназначен для оперативного оповещения обслуживающего персонала о ненормальном изменении давления охлаждающих сред в маслоохладителях.

Работа алгоритма заключается в следующем. Значения с барометров Р_1м (давление масла) и Р_1в (давление воды) сравниваются в реальном времени. Затем полученную разность параметров сравнивают с ∆Р_уст (уставка превышения). Если разница между снятыми показаниями превышает уставку, сигнал сбрасывается в начало алгоритма. Если разница между снятыми показаниями меньше или равна уставке и датчики Р_1м и Р_1висправны, тогда после временной задержки подаётся сигнал на монитор АРМ «Ненормальное изменение давления в маслоохладителе».

Данный алгоритм можно применять как для контроля давления охлаждающих сред на входе в маслоохладитель, так и на выходе из него.

Выводы.

Для реализации предложенной системы мониторинга нет необходимости вложения крупных денежных средств. Вся информация для обработки и анализа поступает с датчиков, которые установлены на оборудовании и имеют связь с АСУ ТП станции.

Предложенные алгоритмы нуждаются в корректировке, которые учитывают особенности оборудования и условия его эксплуатации. Также нужно учитывать, что применение алгоритмов оперативного мониторинга не заменяет используемые методы технологических защит, а дополняет их.

Применение предложенных алгоритмов позволит:

1) Повысить эффективность управления и исключить работу оборудования в режимах с перегревом масла или обмотки;

2) Выявлять дефекты системы охлаждения на начальных стадиях развития не доводя до предаварийного и аварийного состояния оборудования;

3) Уменьшить количество аварийных отключений оборудования.

1. СТО 56947007-29.180.01.048-2010. Инструкция по эксплуатации трансформаторов. – ОАО «ФСК ЕЭС» 2010. Электронный ресурс: http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.180.01.048-2010.pdf
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. – Зарегистрировано в Минюсте РФ 20 июня 2003 г.
3. Гост 19.701-90 ЕСПД Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения. – Москва от 01.01.1992.

Все статьи автора «Гераськин Никита Александрович»