Автоматизированная система мониторинга и технического диагностирования трансформаторного оборудования и КРУЭ АСМД TOPAZ

АСМД TOPAZ предназначена для непрерывного контроля, диагностики и прогнозирования состояния критически важного оборудования подстанций: силовых трансформаторов (Т, АТ) и комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ).

Система обеспечивает переход от планово-предупредительных ремонтов к техническому обслуживанию по фактическому состоянию оборудования, что значительно повышает его надежность и продлевает срок службы.

Актуальность решения

В сфере своей деятельности электросетевые организации оперируют значительным парком энергооборудования, требующего регулярной оценки технического состояния.

Ежегодные финансовые потери, обусловленные перерывами в электроснабжении из-за поломок трансформаторов, существенно влияют на экономические показатели сетевых компаний.

Ключевая проблема заключается в недостаточной точности данных о текущем состоянии и неиспользованном ресурсе находящегося в эксплуатации оборудования, что повышает риск внезапных аварий, вызванных прогрессирующим износом.

На большинстве подстанций объем диагностической информации, получаемой от трансформаторного оборудования, либо ограничен, либо отсутствует, что делает полноценную диагностику невозможной. Отсутствие комплексных данных препятствует применению математических моделей и современных алгоритмов анализа. Как правило, о неисправности оборудования становится известно уже после произошедшей аварии.

Наше решение предоставляет прогноз оставшегося срока службы энергооборудования, способствуя предотвращению потенциальных аварийных ситуаций. Раннее обнаружение дефектов позволит проводить своевременное профилактическое обслуживание трансформаторов, избегая их полного выхода из строя.

Применение программно-аппаратного комплекса автоматизированной системы мониторинга и диагностики трансформаторного оборудования (ПАК АСМДТ) позволит энергетическому предприятию оптимизировать свой производственный цикл.

Качественная оценка состояния трансформаторного оборудования позволяет выполнять долгосрочное планирование технического обслуживания и ремонта оборудования.

Программный комплекс будет поддерживать интеграцию в единую систему планирования производственных процессов энергопредприятия.

Отличительной особенностью комплекса является применение улучшенных основных и дополнительных алгоритмов анализа, поддержка большего объема собираемых и хранимых данных для улучшения точности прогнозирования, использование удобных форм визуализации отображения результатов аналитики состояния силового оборудования.

Назначение системы

АСМД TOPAZ решает широкий спектр задач для обеспечения бесперебойной работы энергообъектов:

• Непрерывный контроль ключевых параметров оборудования в нормальных, предаварийных и аварийных режимах.

• Техническое диагностирование и расчет остаточного ресурса на основе данных в реальном времени.

• Раннее обнаружение дефектов и предотвращение аварийных ситуаций.

• Формирование базы данных и отчетной документации для анализа тенденций и истории работы оборудования.

Ключевые функциональные возможности

Для трансформаторного оборудования:

• Тепловой режим: Мониторинг температуры обмотки (расчет наиболее нагретой точки), верхних и нижних слоев масла, оценка эффективности системы охлаждения.

• Состояние изоляции: Контроль влагосодержания в масле и твердой изоляции, оценка старения изоляции, мониторинг частичных разрядов (ЧР).

• Устройство РПН: Диагностика механического и электрического износа, контроль числа переключений и температуры масла.

• Электрические параметры: Расчет нагрузочной способности, контроль внутренних потерь (ХХ и КЗ), регистрация внешних перенапряжений.

• Анализ газов: Онлайн-хроматография для определения растворенных в масле газов (H₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CO, CO₂).

Для КРУЭ:

• Состояние элегаза: Контроль плотности, температуры, давления, влажности и утечки SF₆.

• Диагностика изоляции: Мониторинг частичных разрядов акустическим и электромагнитным методами.

Архитектура системы

Система построена по надежной и масштабируемой архитектуре:

1. Первый уровень (Датчики): К   первому   уровню   относятся   датчики,   выполняющие   непосредственное   измерение диагностических и информационных параметров (датчики температуры, газо- и влагосодержания масла, ЧР и т.д.), в том числе, в составе технических устройств (например, приборы контроля газов и влаги, растворенных в трансформаторном масле и т.п.), а также, выходные каналы устройств РЗА и АСУ ТП выдающие сигналы, являющиеся первичными данными для устройств второго уровня АСМД. Первичные датчики, устанавливаемые непосредственно на оборудование.

• Контроль температуры, давления, вибрации.

• Контроль токов утечки высоковольтных вводов.

• Контроль перенапряжений, токов.

• Контроль работы системы охлаждения и РПН.

• Анализ газов и влагосодержание в трансформаторном масле.

• Мониторинг частичных разрядов (ЧР) акустическим и электромагнитным методами.

• Контроль плотности и утечки элегаза в КРУЭ.

2. Второй уровень (Сбор и обработка данных): Устройства сбора и передачи данных TOPAZ IEC DAS, которые агрегируют сигналы с датчиков, выполняют первичную обработку и математические расчеты, а также передачу данных на вышестоящие уровни и системы.

3. Третий уровень (Визуализация и управление): Автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора. Обеспечивают наглядное отображение информации, углубленную аналитику, формирование предупреждений и отчетов.

Рисунок 1 – Структурная схема АСМД

Ключевые функциональные модули и датчики

• TOPAZ CHR: Онлайн-хроматограф для анализа растворенных газов в масле.

• TOPAZ DH: Датчики влажности масла.

• TOPAZ DT RS485: Датчики температуры воздуха.

• TOPAZ DB-2: Высокочастотные датчики для контроля частичных разрядов.

• TOPAZ DLF: Датчики электромагнитного шума.

• TOPAZ DVN: Датчики вибрации для контроля механического состояния.

• TOPAZ DSF6-TPH: Датчики для контроля температуры, давления, влажности элегаза.

• TOPAZ DSF6-L: Датчики для контроля утечки элегаза.

• TOPAZ DUHF: Сверхчастотные датчики для контроля частичных разрядов.

• TOPAZ IEC DAS: Устройства сбора и передачи данных.

• TOPAZ TM PM7-Pr: Многофункциональные измерительные модули.

• TOPAZ TM AIN8-Pr: Модули аналогового ввода.

• TOPAZ HMI: Панели оператора для локального контроля.

Математическая модель и интеллектуальная аналитика

Система проводит сложные расчеты для оценки состояния оборудования:

• Временные превышения напряжения по сторонам контролируемого объекта

• Мощность контролируемого оборудования

• Температура наиболее нагретой точки обмотки

• Содержание влаги в изоляции

• Старение изоляции. Прогноз старения и общего износа

• Состояние и эффективность системы охлаждения

• Состояние устройства РПН

• Оценка состояния изоляции вводов

• Внутренние потери в Т

• Расчет ЧР и построение частотных характеристик

• Нагрузочная способность Т

• Комплексная оценка состояния оборудования

• Вибродиагностика

• Состояние элегаза

• Контроль ресурса выключателя

Преимущества решения

• Комплексный подход: Единая платформа для мониторинга всего критического оборудования подстанции.

• Прогнозирование и предупреждение: Математические модели позволяют прогнозировать развитие дефектов и предотвращать аварии.

• Повышение надежности: Снижение риска внезапных отказов и продление межремонтного периода.

• Удаленный мониторинг: Круглосуточный контроль состояния оборудования без постоянного присутствия персонала на объекте.

• Снижение затрат: Оптимизация расходов на техническое обслуживание и ремонты за счет перехода на обслуживание по состоянию.

• Соответствие стандартам: Выполнение требований современных отраслевых нормативов.

• Российская разработка: Полное импортозамещение, собственное производство и разработка ПО, включенное в Реестр Минцифры.

• Информационная безопасность: Построена на базе сертифицированной ОС TOPAZ Linux со встроенным функционалом ИБ.

Основные технические характеристики

Области применения

• Подстанции всех классов напряжения.

• Энергоемкие промышленные предприятия (металлургия, нефтегаз, химия).

• Объекты распределительной сетевой инфраструктуры.