RO125932A0 - Metodă şi sistem pentru monitorizarea complexă on-line a staţiilor electrice de înaltă tensiune - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă şi la un sistem pentru monitorizarea on-line a unei staţii electrice de înaltă tensiune. Metoda conform invenţiei constă din monitorizarea stării tehnice şi a parametrilor funcţionali ai echipamentelor electrice de înaltă tensiune, dintr-o staţie de transformare sau de conexiune, în scopul detectării unor defecte în fază incipientă, din informarea beneficiarului despre apariţia unui defect, precum şi din înmagazinarea datelor şi transmiterea lor către o bază de date centralizată, în vederea managementului activelor. Sistemul de monitorizare, conform invenţiei, este alcătuit dintr-un prim bloc de intrări (2) analogice pentru curent alternativ, un al doilea bloc de intrări (3) pentru tensiuni alternative, un alt treilea bloc de intrări (4) de semnal unificat şi un al patrulea bloc de intrări (5) digitale, un sistem (6) de achiziţie date, echipat cu o memorie (7) de date şi semnale, şi cu un ceas (8) de timp real, care comunică cu un sistem expert (9), format dintr-un bloc (10) de procesare a datelor, o bază de cunoaştere (11), care conţine o bază de date şi un sistem de reguli, un bloc (12) motor de inferenţă şi un bloc (13) de interfaţare cu alte sisteme, informaţiile procesate de sistemul expert (9) fiind transmise către o interfaţă (14) digitală de ieşire şi un sistem de relee (15) care permite adaptarea la nişte circuite (16) de comandă, protecţie şi semnalizare ale unei staţii electrice.

Description

METODA ȘI SISTEM PENTRU MONITORIZAREA COMPLEXA ON-LINE A

STAȚIILOR ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE

OFICIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl MAR

Cerere de brevet de invenție 4r. .

Data depozit ....LLJĂl· .?!)!$..

Descrierea invenției

Invenția se referă la o metodă și la un aparat destinat monitorizării complexe on-line a stării tehnice și a parametrilor funcționali ai echipamentelor electrice de înaltă tensiune din stații de transformare sau de conexiune, în particular la monitorizarea transformatoarelor de putere, a bobinelor de reactanța shunt, a întreruptoarelor, a separatoarelor, a transformatoarelor de tensiune, a transformatoarelor de curent și respectiv a descărcătoarelor de protecție la supratensiuni.

In scopul monitorizării stațiilor de înaltă tensiune, pe plan internațional sunt cunoscute soluții de monitorizare on-line care se referă în special la transformatoarele de putere și accesoriile acestora, care reprezintă echipamentele care determină în cea mai mare parte costul investiției și fiabilitatea funcțională a stației de transformare de înaltă tensiune. Sunt cunoscute aparate destinate monitorizării on-line a transformatoarelor de putere (de tip MS 2000, MS 3000, TRAFOGUARD, MONITRA, TRAFOMON.) cu grade de complexitate diferită, dar toate dedicate a urmăririi acelorași parametri funcționali ai transformatoarelor:

- tensiunile de funcționare pentru înalta și respectiv medie tensiune;

- curenții de sarcina prin înfășurările de înaltă și respectiv medie tensiune;

- puterea activa, puterea reactiva, puterea aparenta pentru secțiunea de înaltă și respectiv medie tensiune;

- controlul conținutul de hidrogen și apa în ulei;

- nivelul descărcărilor parțiale;

- curenții capacitivi prin trecerile izolate de înaltă tensiune;

- temperatura ambianta;

- temperatura de hot-spot a înfășurării;

- nivelul de ulei din conservatorul transformatorului;

- nivel de ulei din conservatorul comutatorului de reglaj sub sarcină (daca acest accesoriu exista);

- starea de funcționare a pompelor și ventilatoarelor;

- plotul de funcționare a comutatorului de reglaj sub sarcina, etc.;

Nici unul din echipamentele de monitorizare cunoscute nu acoperă complet parametrii funcționali ai ansamblului transformator și nu permit evaluarea corecta a stării tehnice momentane a acestuia .

In scopul monitorizării aparatelor electrice de înaltă tensiune ale stațiilor (întreruptoare, separatoare, transformatoare de tensiune, transformatoare de curent, descărcătoare de protecție la supratensiuni) se cunosc cateva echipamente de monitorizare on-line dedicate (de tip Programma, Hatway, IDA) care au posibilități reduse de estimare a stării tehnice a aparatului monitorizat, iar în plus costul unora dintre echipamente de monitorizare repezita o cotă importantă din aparatul monitorizat (cca. 20-30 %), ceea ce determina o eficiență tehnico-economică redusă. Aceste aparate nu integrează și funcțiile de monitorizare ale transformatoarelor de putere.

Metoda și sistemul de monitorizare complexa on-line a stațiilor de înaltă tensiune, propusă în cadrul invenției, rezolva problemele menționate prin aceea ca asigura monitorizarea on-line combinată și completă atât a transformatoarelor de putere cât și a echipamentelor electrice primare, oferind posibilitatea integrării sistemului de monitorizare în procesele automate de achiziție de date, ^-2009-00974-2 5 -11- 2009 supervizare și control (SC ADA) ale stației și sistemului de transport și distribuție a energiei electrice; precum și facilități de modernizare și up-grade ulterior funcție de dezvoltările ce urmează să apără, toate acestea în scopul creșterii flexibilității sistemului energetic, a siguranței în funcționare și sporirea mentenabilitaii acestuia.

Sistemul de monitorizare complexă on-line a stațiilor electrice de înaltă tensiune, conform invenDiei, se caracterizează prin aceea ca folosește un sistem de achiziție de date în conexiune cu un sistem expert pentru realizarea completa a funcțiilor de monitorizare ale stației de înaltă tensiune, atât în ceea ce privește funcționarea transformatoarelor de tensiune și a echipamentelor auxiliare ale acestora cât și a restului echipamentelor primare de comutare, protecție și măsurare ale sistemului stației de înaltă tensiune.

Sistemul de monitorizarea prezintă în mod avantajos monitorizarea de ansamblu a tuturor mărimilor care caracterizează funcționarea stației, astfel:

- controlul și achiziția on-line a datelor privind parametrii de funcționare ai transformatorului de putere sau ai bobinei de reactanță din exploatare, a întreruptoarelor, a separatoarelor, a transformatoarelor de curent, a transformatoarelor de tensiune , a descărcătoarelor de protecție la supratensiuni (și a accesoriilor acestora);

- controlul stării de funcționare a subsistemelor de monitorizare individuale ca de exemplu cele destinate monitorizării stării trecerilor izolate, a descărcărilor parțiale, a conținutului de hidrogen din ulei, a conținutului de apă dizolvată în ulei;

- detecția unor defecte în faza incipienta, înainte ca ele sa producă o avarie catastrofală (prin monitorizarea funcțiilor importante ale echipamentului monitorizat);

- dublarea unor funcții de protecție aferente echipamentului de monitorizat ( de exemplu protecția la supratemperaturi, protecția la supracurenți, protecția la nefuncționarea sistemului de răcire);

- dublarea unor funcții de comanda (de exemplu comanda sistemului de răcire în funcție de temperatura înfășurării sau a uleiului);

- calculul unor regimuri de funcționare (puteri aparente, active și reactive, energii active, reactive, factor de putere , calitatea energiei);

- evidențierea unor perioade de suprasolicitări (supracurenți, creșteri de tensiune);

- evaluarea duratei de viață rămasă pentru echipamente (de exemplu durata de viața din punct de vedere termic, a izolației solide, pe baza de celuloza, a transformatoarelor, sau uzura contactelor la întreruptoare);

- evaluarea duratei de funcționare a motoarelor electrice din structura sistemului de răcire al transformatoarelor de putere sau a dispozitivelor de acționare al întreruptoarelor și separatoarelor;

- evaluarea stării funcționale pentru pompele de ulei.

Alt avantaj este reprezentat de faptul că sistemul oferă posibilități de up-gradare și de integrare în sistemul SC ADA de monitorizare și control dintr-o stație electrică de conexiune si/sau transformare, indiferent de complexitatea ei, prin următoarele acțiuni: crearea unei baze de date privind condițiile reale de funcționare a echipamentului monitorizat on line și reactualizarea acesteia cu noi înregistrări; prezentarea datelor sub formă de tabele și grafice pe un calculator gazda tip PC; prezentarea evoluției mărimilor monitorizate, pe intervalul de timp dorit; selecția mărimilor ce se dorește a fi reprezentate simultan pe grafic; alarmare la depășirea unor praguri de variație prestabilite pentru fiecare dintre mărimile de interes în parte; crearea unui jurnal de alertări și evenimente; funcționarea în rețea LAN sau WAN.

Se dă, în continuare un exemplu de realizare a invenției, nelimitativ, în legătură cu figurile 1, 2, care reprezintă:

- figura 1 - schema de implementare sistemului de monitorizare pentru transformatoarele de putere și echipamentele auxiliare ale acestora,

Ο Ο 9 - ο ο 9 7 4 - - ³ 2 5 11 2UU9

- figura 2 - schema de implementare a sistemului de monitorizare pentru aparatele electrice primare ale stației de transformare.

In cele două figuri se prezintă un sistem de monitorizare 1, prevăzut cu cu intrări analogice pentru curent alternativ 2, în domeniul 0-5A, un bloc de intrări pentru tensiuni alternative 3, în domeniul 0-250V, un bloc de intrări de semnal unificat 4, în domeniile 4-20mA și 0-10V, un bloc de intrări digitale 5, în domeniul 100-250Vca, un sistem de achiziție de date 6, echipat cu o memorie de date și semnale 7 și un sistem de ceas în timp real și temporizare 8; un sistem expert 9, format dintr-un bloc de procesare a datelor 10, o baza de cunoaștere 11, care cuprinde atât sistemul de reguli cât și baza de date, un bloc al motorului de inferență 12 și un bloc de interfațare 13 cu alte sisteme, calculatorul personal și rețele locale (LAN) sau extinse (WAN). Informațiile procesate de sistemul expert 9 sunt transmise către o interfață digitală de ieșire 14 și un sistem de relee 15 care permite adaptarea la circuitele de comandă, protecție și semnalizare 16, ale stației. Starea sistemelor este controlată cu ajutorul unui calculator personal 17.

In exemplul din figura 1 este prezentată utilizarea sistemului de monitorizare 1 pentru monitorizarea mărimilor specifice transformatoarelor de putere și echipamentelor auxiliare ale acestora, inclusiv sistemul de comutare și măsurare primară, astfel sunt supravegheate: starea separatoarele de înaltă tensiune S1 (IT) și S2(IT), starea întreruptoarelor de înaltă tensiune I(IT), tensiunile provenite de la transformatoare TT(IT), curentul de la transformatoarele de curent TC(IT), starea separatoarele de medie tensiune S3(MT) și S4(MT), starea întreruptoarelor de medie tensiune I(MT), tensiunea de la transformatoarele de medie tensiune TT(MT), curentul măsurat de transformatoarele de curent de medie tensiune TC(MT).

în plus, în figura 1 se exemplifică monitorizarea tuturor mărimilor de interes pentru transformatorul de putere: nivelul de ulei în cuva comutatorului de reglaj sub sarcina (CRS), nivelul uleiului în conservator, starea trecerilor izolate de înaltă și medie tensiune, temperatura uleiului, starea fluxului de aer de răcire, starea și poziția CRS, situația detecției de descărcări parțiale, conținutul de apa și gaze în ulei, starea pompelor de ulei, temperatura ambianta.

Rolul sistemului expert 9, care operează pe baza unui motor de inferența 12 alimentat de datele furnizate pe de o parte de sistemul de achiziție 6 și sistemul de prelucrare 10, iar pe de altă parte de datele provenite din baza de cunoaștere și de reguli 11, este de a estima starea tehnica a ansamblului dar și a componentelor, pentru a stabili gradul de control, semnalizare și protecție locala care trebuie generat către blocul 16, precum și informațiile de transmis la rețeaua de date Di calculatorul personal 17.

In figura 2 este dat un exemplu de aplicare a sistemului de monitorizare 1, cu funcții extinse, pentru supravegherea aparatelor electrice primare ale stației, astfel sistemul conține: un bloc de estimare a stării descărcătoarelor de supratensiune 18, prin contorizarea numărului de descărcări efectuate, operație executată de contoarele de descărcare 19 pentru fiecare dintre descărcătoarele de protecție 20 ale stației și centralizate de totalizatorul stării descărcătoarelor 21; un bloc de estimare a stării transformatoarelor de tensiune 22, care monitorizează presiunea de gaz SF6 și forma de unda a tensiunilor la transformatoarele de măsură de tensiune 23; un bloc de estimare a stării transformatoarelor de măsură de curent 24, care monitorizează presiunea de gaz SF6 și forma de undă a curentului la transformatoarele de curent 25; un bloc pentru monitorizarea stării tehnice a întreruptoarelor 26, care estimează parametrii gazului de izolare SF6, verifica starea comenzilor Di contactelor la echipamentele de comutare, un bloc pentru monitorizarea stării întreruptoarelor 26, la nivelul izolației cu SF6 și blocului de conexiune și comenzi; un bloc pentru monitorizarea stării separatoarelor 27, un bloc pentru monitorizarea funcționarii releului Buchholtz 28 (semnalizare sau declanșare), un bloc pentru analiza calității energiei 29 la intrarea și ieșirea din stație, un bloc pentru osciloperturbograf 30, care permite vizualizarea formelor de undă ale semnalelor de tensiune și curent, la nivelul liniilor, în momentul producerii unor evenimente. Datele sunt transmise prin

Ο Ο 9 Ο Ο 9 7 4 - 2 5 -11- 2009 fi intermediul cabinei de comanda și control a stației electrice 31 la calculatorul care face supervizarea 17.

Sistemul propus rezolvă problema monitorizării ansamblului stației și a disponibilității ei din punctul de vedere al stării tehnice a echipamentelor primare de înaltă tensiune. Această monitorizare este extreme de importantă atât pentru stațiile vechi, cu precădere a acelora la care durata de viața a depășit durata standard, cat și pentru stațiile noi, telecomandate si fără personal de exploatare.

Funcțiile originale de monitorizare și control ale sistemului includ:

• monitorizarea simultana a tuturor echipamentelor primare de înaltă tensiune din întreaga stație, (transformatoare de putere, bobine de reactanță shunt, întreruptoare, separatoare, transformatoare de curent și transformatoare de tensiune, descărcătoare de protecQie la supratensiuni) • monitorizarea tuturor defectelor posibile, pentru care există la ora actual pe plan internațional, un echipament de detecție și o metodă de diagnosticare;

• folosirea, in majoritatea cazurilor, a cel puțin două sisteme de monitorizare simultană pentru același tip de echipament in scopul creșterii fiabilității, • integrat în sistemul energetic la rețeaua locală și rețeaua de Internet astfel încât beneficiarul poate în orice moment să fie informat despre apariția unui defect, informație absolut necesară pentru a lua la timp masurile de corecție, în scopul evitării unor avarii grave;

• datele înmagazinate de sistemul de monitorizare sunt transmise către o baza de date centralizată în vederea managementului activelor, și al stării echipamentelor, pe baze de fiabilitate și mentenanță predictive;

Claims (6)

1. CV 2009-00974--

   2 5 -11- 2009

   METODA ȘI SISTEM PENTRU MONITORIZAREA COMPLEXA ON-LINE A

   STAȚIILOR ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE

   Revendicări

   1. Sistem de monitorizare complexă on-line a stațiilor electrice de înaltă tensiune (1), configurabil după necesitați, cu bloc de intrări pentru semnale analogice de curent alternativ (2), bloc de intrări analogice de tensiune (3), bloc de intrări analogice de semnal unificat (4), bloc de intrări digitale (5), sistem de achiziție de date (6) echipat cu memorie de date și semnale (7) și ceas de timp real (8), sistem expert (9) dotat cu interfețe pentru circuitele de comandă, control și protecție ale stației (14), (15) și calculator.
2. 2. Sistem de monitorizare complexa, conform revendicării 1 dotat cu sistem expert (9) care conține un bloc de procesare a datelor (10), o baza de cunoaștere (11) conținând baza de date și sistemul de reguli, un motor bloc motor de inferență (12) și un bloc de interfațare 13 cu alte sisteme LAN și WAN precum și cu calculatorul tip PC.
3. 3. Sistem de monitorizare complexa, conform revendicărilor 1 și 2 care permite monitorizarea simultana on-line a tuturor parametrilor de interes, atât pentru echipamentele primare ale stației, cât și pentru transformatoarele de putere și auxiliarele acestora.
4. 4. Sistem de monitorizare complexa, conform revendicărilor 1, 2 și 3 care permite transmisia către o baza de date centralizata, în vederea managementului activelor și satrii echipamentelor pe baze de fiabilitate și mentenanță predictive.
5. 5. Sistem de monitorizare complexa, conform revendicărilor 1, 2, 3 si 4, care permite dublarea funcției de comandă a sistemului de răcire al transformatorului de putere în funcție de temperatura înfășurării sau a uleiului.
6. 6. Sistem de monitorizare complexă, conform revendicărilor precedente, care permite evidențierea unor perioade de suprasolicitări (supracurenti, creșteri de tensiune) si evaluarea duratei de viață ramase pentru transformatoarele de putere