Система мониторинга

Трансформаторное оборудование, является одним из ключевых элементов любой энергосистемы, от которого зависит ее надежность.

В связи с постоянным повышением уровня требований, предъявляемых к устойчивости, безопасности и эффективности работы современных энергоситсем, все большее распространение получают интеллектуальные системы оперативного контроля режимов работы и оценки состояния электротехнического оборудования, работающего на энергетических объектах.

В современных условиях автоматизации энергосистем и энергообъектов, внедрения систем АСУ ТП, все чаще можно встретить термины "интеллектуальная сеть" и "интеллектуальный трансформатор".

Интеллектуальные трансформаторы

Интеллектуальные трансформаторы – это трансформаторы и автотрансформаторы содержащие специальные электронные устройства мониторинга и управления, обеспечивающие следующие функции:

• Регистрацию и анализ качества электроэнергии по всем сторонам (высокого, среднего, низкого) напряжения в установившихся процессах.
• Регистрацию и анализ переходных аварийных и неаварийных процессов, включая: коммутации (включение, отключение) и режимы короткого замыкания.
• Мониторинг электрических, тепловых и механических параметров основных узлов конструкции трансформатора с экспертной оценкой технического состояния оборудования, нагрузочной способности и срока службы.
• Дистанционное автоматизированное оптимальное управление системой охлаждения.
• Дистанционное автоматизированное оптимальное управление переключающими устройствами.

Указанные функции реализованы в экспертной системе мониторинга, диагностики и управления, разработанной ЧАО «Запорожтрансформатор».

Функции системы мониторинга

Экспертная система мониторинга, диагностики и управления «ЭСМДУ-ТРАНС» предназначена для:

• контроля технического состояния трансформаторного оборудования в процессе эксплуатации
• формирования диагностических, предупреждающих и аварийных сообщений
• ведения баз данных
• передачи информации о техническом состоянии оборудования в автоматизированную систему управления подстанции (АСУ ТП)

Пользователями системы является персонал служб подстанции и эксперты по трансформаторам.

Структура аппаратного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Аппаратное обеспечение ЭСМДУ-ТРАНС имеет 3-х уровневую структуру:

1-й уровень – датчики и первичные преобразователи. На данном уровне осуществляется преобразование измеряемых физических параметров в унифицированные сигналы для передачи данных измерений на уровень 2.

2-й уровень – контроллеры и устройства ввода/вывода. На данном уровне осуществляются обработка сигналов с уровня 1, выполнение расчетов ряда диагностических параметров и формирование цифровых потоков для передачи информации на уровень 3. Конструктивно размещаются в ШД.

3-й уровень – сервер сбора данных и экспертных оценок. На данном уровне осуществляются сбор и обработка цифровых потоков, ведение архивов, выполнение экспертных оценок, отображение информации на экране монитора и информационная связь со смежными системами более высокого уровня. Конструктивно размешается в шкафу  АРМ.

Структура программного обеспечения ЭСМДУ-ТРАНС

Программная часть системы ЭСМДУ-ТРАНС имеет  4-х уровневую структуру:

1-й уровень – программное обеспечение интеллектуальных измерительных приборов:

• Прибор контроля качества изоляции вводов;
• Прибор контроля концентрации влаги и газов в масле;
• Монитор оптоволоконных датчиков.

2-й уровень - программное обеспечение контроллеров шкафа соединений и шкафа диагностики, обеспечивающее:

• постоянное считывание данных всех аналоговых, цифровых и релейных сигналов от датчиков и приборов с различной частотой опроса (от 1 раза в 30 минут до 7МГц)
• предварительную обработку и хранение данных, обмен данными с программным обеспечением уровня 3;
• формирование и выдачу сигналов для релейных защит трансформатора;
• формирование и выдачу сигналов управления механизмами системы охлаждения (насосами, вентиляторами, клапанами);

3-й уровень программное обеспечение промышленного компьютера шкафа АРМ, обеспечивающее:

• постоянное (с дискретностью 3 секунды) считывание данных измерений, передаваемых контроллером шкафа диагностики, первичный анализ и запись этой информации в актуальную базу данных (при необходимости);
• периодический (по инициативе пользователя) ввод в справочную базу данных системы информации о результатах диагностики физико-химических свойств трансформаторного масла и результатах хроматографического анализа газов растворенных в  масле, выполненных на основе исследования проб масла в специализированных лабораториях;
• непрерывный расчет диагностических параметров электроэнергии, соответствующий реальным установившимся и переходным режимам работы трансформатора на основе данных измерений, запись этой информации в актуальную базу данных;
• непрерывный расчет диагностических параметров, характеризующих техническое состояние  функциональных подсистем трансформатора на основе справочных данных и данных измерений, запись этой информации в актуальную базу данных (при необходимости);
• непрерывную экспертную оценку текущих значений диагностических параметров электроэнергии и всех функциональных подсистем трансформатора;
• формирование заключения о степени риска продолжения нормальной работы отдельных подсистем и трансформатора в целом;
• визуализацию информации для пользователя АРМ о измеренных и рассчитанных  значениях диагностических параметров и результатах  проведения экспертиз по оценке технического состояния трансформатора.

4-й уровень – программное обеспечение WEB сервера или локальной вычислительной сети, обеспечивающее одновременную визуализацию информации  для нескольких пользователей  АСУ ТП об измеренных и рассчитанных  значениях диагностических параметров и результатах  проведения экспертиз по оценке технического состояния трансформатора.

Интерфейс пользователя

Интерфейс пользователя выполнен в виде виртуальных приборов, соответствующих различным подсистемам оборудования. При помощи виртуальных приборов осуществляется навигация по системе, визуализация информации для пользователя, внесение справочной информации, построение отчетов.

Виртуальный прибор «Панель диспетчера системы» предназначен для визуализации результатов работы экспертиз всех виртуальных приборов. Кнопки в левой части указывают техническое состояние подсистем для всех фаз трансформатора и служит для вызова дополнительных панелей и соответствующих виртуальных приборов. Диаграмма с перечнем экспертиз при помощи цвета указывает результаты работы каждой экспертизы. Сообщения результатов экспертиз указываются в правой верхней части в журнале оперативных сообщений системы. Состояние наиболее опасных (аварийных) сигналов отображаются в виде индикаторов в правой нижней части прибора.

Виртуальный прибор «Параметры электроэнергии в установившихся процессах» предназначен для контроля параметров электроэнергии сети в установившихся процессах. При этом анализируются параметры измеренных мгновенных значений токов и напряжений всех фаз (А,В,С) и сторон (НН, СН, ВН). По этим измеренным значениям рассчитываются: мгновенные и действующие значения линейных и фазных мощностей, параметры, характеризующие качество электроэнергии и несимметрию сигналов фаз, статистика превышений напряжений и гармонический состав всех установившихся сигналов (амплитуды,  фазы).

Аналогичные виртуальные приборы разработаны для всех функциональных подсистем оборудования включая:

• контроль параметров электроэнергии в установившихся процессах;
• контроль параметров электроэнергии в переходных процессах;
• контроль сигналов приборов технологических защит трансформатора;
• контроль параметров магнитной системы;
• контроль параметров обмоток;
• контроль параметров вводов;
• контроль параметров изоляции;
• контроль параметров системы охлаждения;
• контроль параметров переключающего устройства.

Опыт поставок систем мониторинга ЧАО «ЗТР»

ЗТР имеет более 10-ти лет опыта поставок систем мониторинга совместно с трансформаторным оборудованием. При этом все проекты систем мониторинга, выбор и установка датчиков, разработка шкафов управления системой охлаждения и переключающим устройством, разработка алгоритмов диагностики и экспертизы диагностических параметров в эксплуатации выполнялась ЧАО «ЗТР». Аппаратное и программное обеспечение сбора данных и передачи информации в АСУ ТП выполнялось соисполнителями (ООО «АСУ ВЭИ» (Москва), ООО «Интера» (Москва), ООО «Энергоавтоматизация» (Украина, Запорожье), ООО «Монада» (Украина, Запорожье).

• 2001 год – первая поставка системы мониторинга
• 2008 год – 50-я поставки системы мониторинга
• 2011 год – 100-я поставка системы мониторинга
• 2013 год – поставлено более 150 систем мониторинга
• В 2011 году на основе предыдущего опыта разработана и введена в опытную эксплуатацию первая версия программного и аппаратного обеспечения системы ЭСМДУ-ТРАНС производства ЧАО «ЗТР» на базе контроллеров Compact Rio и программного обеспечения LabView фирмы National Instrument (NI).
• В 2012 году разработано дополнительное программное обеспечение для обучения пользователей.
• В 2013 году система ЭСМДУ-ТРАНС успешно прошла механические, климатические  и испытания на электромагнитную совместимость в лабораториях Госстандарта Украины и получила соответствующие протоколы. Откорректированная, по результатам испытаний, версия системы внедрена на трансформаторах ТНЦ-1000000/500 и ТРДНС-63000/35 для Березовской ГРЭС, АТДЦТН-125000/330/110 (2 шт.) ПС Ручей; АОДТН-83333/500/150 (4 шт.), ОДТН-83333/500/150 (4 шт.) Уругвай.
• С 2011 года по 2013 год ЭСМДУ-ТРАНС прошла испытания на более чем 20-ти трансформаторах при приемо-сдаточных испытаниях на испытательном комплексе ЗТР.

Спецификация