RO125932B1 - METODĂ Șl SISTEM PENTRU MONITORIZAREA COMPLEXĂ ON-LINE A STAȚIILOR ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE - Google Patents

Description

Invenția se referă la o metodă și la un aparat, destinate 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 reactanță shunt, a întreruptoarelor, a separatoarelor, a transformatoarelor de tensiune, a transformatoarelor de curent și, respectiv, a descărcătoarelor de protecție la supratensiuni.

Acest sistem este menit să se integreze într-un sistem de tip SCADA (instrument utilizat pentru supravegherea proceselor industriale) de monitorizare și control, dintr-o stație electrică de conexiune și/sau transformare, pentru monitorizarea evoluției parametrilor electrici ai stației, starea funcțională a echipamentelor electrice din stație și a echipamentelor auxiliare ale acestora, în scopul îmbunătățirii fiabilității sistemului în ansamblul său și a creșterii siguranței energetice.

Se cunoaște, din brevetul R011 7220 B1 (30.11.2001), o metodă și un aparat pentru monitorizarea continuă a transformatoarelor de putere și a echipamentelor sale auxiliare, soluție ce permite realizarea mentenanței predictive a transformatorului, planificarea corectă a reviziilorși reparațiilor, și estimarea duratei de viață. Dezavantajul principal al acestei soluții este că nu determină starea funcțională a tuturor aparatelor electrice și a echipamentelor auxiliare ale acestora, din stațiile de transformare de înaltă tensiune.

în 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, echipamente care determină în cea mai mare parte costul investiției și fiabilitatea funcțională a stației de transformare de înaltă tensiune.

în brevetul US 6177803 B1 (23.01.2001), este prezentată o instalație de monitorizare a trecerilor izolate, în care un grup de astfel de izolatori primește tensiunea în paralel, pentru a produce un curent de ieșire separat, de la fiecare izolator de trecere. Cumulativ, combinarea rezultatelor furnizează vectorul sumă curent, care permite estimarea stării funcționale a trecerilor izolate. Invenția poate fi, de asemenea, utilizată pentru a monitoriza starea izolației altor dispozitive, de exemplu, la transformatoarele de curent de înaltă tensiune. Dezavantajul principal al acestui aparat este că nu poate fi utilizat on-line și nici nu permite extinderea la întreaga gamă de echipamente electrice ce se dorește a fi monitorizată în stația de înaltă tensiune.

în brevetul US 5181026 (19.01.1993), se prezintă un sistem de monitorizarea liniilor de transport al energiei electrice, de înaltă tensiune, în care o singură stație de măsurare poate măsura toți parametrii de putere, a unghiului de fază între tensiuni, temperatura mediului ambiant și temperatura conductorului liniei electrice. Stația de măsurare poate fi fixată la linia electrică, fără a fi nevoie de deconectarea liniei. Datele măsurate sunt transmise de la stația de măsurare de pe linia de alimentare electrică la o stație de la sol, pentru preluarea și prelucrarea datelor. Sistemul măsoară și valorile efective de curent și tensiune. Linia de transmitere a datelor poate fi un ansamblu flexibil de cablu de fibră optică sau un ansamblu rigid fibră optică și izolatori. Dezavantajul principal al acestui aparat este că, deși poate fi utilizat on-line, nu permite decât măsurări electrice de bază, fără a estima starea funcțională, de ansamblu, a aparatelor electrice și a echipamentelor auxiliare ale acestora, din stațiile de înaltă tensiune la care linia electrică de înaltă tensiune este racordată.

în scopul monitorizării aparatelor electrice de înaltă tensiune ale stațiilor (întrerupătoare, separatoare, transformatoare de tensiune, transformatoare de curent, descărcătoare de protecție la supratensiuni), se cunosc câteva echipamente de monitorizare on-line, dedicate (de tip Programma, Hatway, IDA), care au posibilități reduse de estimare a stării

RO 125932 Β1 tehnice a aparatului monitorizat, iar, în plus, costul unora dintre echipamentele de 1 monitorizare reprezintă o cotă importantă din aparatul monitorizat (circa 20...30%), ceea ce determină o eficiență tehnico-economică redusă. Dezavantajul principal al acestor aparate 3 este că nu integrează și funcțiile de monitorizare ale transformatoarelor de putere.

Niciunul dintre echipamentele de monitorizare cunoscute nu acoperă complet para- 5 metrii funcționali ai echipamentelor electrice de înaltă tensiune, din stațiile de transformare sau de conexiune, și nu permit evaluarea corectă a stării tehnice, în timp real, a acestora. 7

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este de a integra monitorizarea tuturor echipamentelor primare, inclusiv, a transformatoarelor de putere, într-un proces automat de 9 achiziție de date, supervizare și control, pentru o evaluare completă a stării funcționale a stației de înaltă tensiune. 11

Metoda de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune, conform invenției, înlătură dezavantajele prezentate, prin aceea că: 13

- se achiziționează curenții, folosind transformatoarele de măsurare de curent din stație, precum și curenții de dezechilibru de la trecerile izolate ale transformatorului, prin 15 intermediul unui bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice pentru curent alternativ; 17

- se achiziționează tensiunile, folosind transformatoarele de măsurare de tensiune din stație, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice, pentru 19 tensiune alternativă;

- se achiziționează datele provenite de la niște senzori, pentru nivelul uleiului în 21 conservator și nivelul uleiului în cuva comutatorului de reglaj sub sarcină, de la niște senzori de temperatură a uleiului de răcire al transformatorului, de la un analizor de apă și gaze 23 dizolvate în ulei, și de la un senzor de temperatură ambientală, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție, pentru intrări de semnal analogic unificat; 25

- se achiziționează intrările binare, provenite de la niște senzori de stare, cu care sunt prevăzute separatoarele de înaltă tensiune, separatoarele de medie tensiune, întreruptoarele 27 de înaltă și medie tensiune, de la niște senzori de prezență, pentru fluxul de ulei în bateriile de răcire, de la niște senzori de poziție și stare a comutatorului de reglaj 29 sub sarcină și de la niște senzori de prezență a descărcărilor parțiale în transformatorul de putere, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție pentru intrări binare; 31

- se preiau semnalele condiționate de blocurile de condiționare și protecție, de un subsistem de achiziție de date, prevăzut cu intrări pentru semnale alternative, continue și 33 binare;

- se transferă informația convertită numeric de către subsistemul de achiziție de date, 35 la un subsistem expert;

- informațiile procesate de subsistemul expert sunt transmise către o interfață digitală 37 de ieșire și la un subsistem de relee, care permite adaptarea la niște circuite de comandă, protecție și semnalizare ale stației, starea subsistemelor menționate anterior fiind controlată 39 cu ajutorul unui server sau a unui calculator personal.

Sistemul de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune, 41 conform invenției, este alcătuit dintr-un bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice, pentru curent alternativ, un bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice, pentru 43 tensiune alternativă, un bloc de condiționare și protecție pentru intrări de semnal analogic unificat, un bloc de condiționare și protecție pentru intrări binare, un subsistem de achiziție 45 de date, ce preia informațiile de la ieșirea din blocurile de condiționare, un subsistem de achiziție, echipat cu o memorie de date și semnale, și un subsistem de ceas în timp real și 47 temporizare, un subsistem expert, format dintr-un bloc de procesare a datelor, o bază de

RO 125932 Β1 cunoaștere, ce cuprinde atât un subsistem de reguli, cât și o bază de date, un bloc al motorului de inferență și un bloc de interfațare cu alte subsisteme, o interfață digitală de ieșire, care primește informațiile procesate de subsistemul expert, un subsistem de relee, care permite adaptarea la niște circuite de comandă, protecție și semnalizare, ale stației, și un server sau calculator personal, ce controlează starea subsistemelor menționate și stochează datele prelucrate.

Avantajele invenției sunt următoarele:

- îmbunătățirea suportului informațional, destinat managementului, pentru luarea deciziilor în timp real;

- realizarea detecției defectelor în faza lor incipientă și astfel prevenirea defectării grave a echipamentelor și pierderilor materiale aferente;

- creșterea fiabilității și disponibilității sistemului, reducându-se astfel numărul și durata întreruperilor accidentale, deci și a pierderilor datorate energiei nelivrate;

- creșterea rapidității în intervenție și a calității serviciilor furnizate de echipele de mentenanță, în caz de incidente/avarii;

- creșterea siguranței personalului de exploatare;

- creșterea eficienței lucrărilor de mentenanță: se reduc costurile necesare pentru inspecții și revizii tehnice ale echipamentelor; costurile pentru reparații sau înlocuire a echipamentelor defecte; costul lucrărilor de montaj și punere în funcțiune;

- creșterea eficienței tehnologiilor de mentenanță;

- realizarea achiziției datelor pe termen lung, îmbunătățind astfel informațiile despre caracteristicile și condițiile de funcționare a echipamentelor;

- obținerea unei istorii privind starea tehnică, reală, a echipamentelor, la un nivel mai bun decât se poate obține folosind metodele de diagnoză tradiționale;

- asigurarea unei mai bune protecții a mediului ambiant.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

-fig. 1, schema de implementare a sistemului de monitorizare pentru transformatoarele de putere și echipamentele auxiliare ale acestora;

-fig. 2, organigrama programului subsistem expert.

Sistemului de monitorizare 1 este alcătuit dintr-un bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice, pentru curent alternativ trifazat 2, care permite achiziția de date de la transformatoarele de măsurare de curent TC-IT și TC-MT (domeniul curenților de intrare în subsistemul de achiziție de date fiind de 0...1 A sau 0...5 A, iar frecvența 45...65 Hz), precum și curenții de dezechilibru de la trecerile izolate ale transformatorului de putere (domeniul de intrare 0...200 mA), un bloc pentru condiționarea și protecția intrărilor analogice, pentru tensiune alternativă 3, care permite achiziția de date de la transformatoarele de măsurare de tensiune TT-IT și TT-MT (domeniul de intrare 0...100 mA sau 0...100 V, frecvența

45...65 Hz), un bloc de condiționare și protecție pentru intrările de semnal analogic unificat 4, care permite achiziția de date provenite de la senzorii pentru nivelul uleiului în conservator și nivelul uleiului în cuva comutatorului de reglaj sub sarcină (CRS), achiziția de date de la senzorul de temperatură a uleiului în transformator, monitorizarea ieșirilor de la analizorul de apă și gaze dizolvate în ulei, monitorizarea datelor de la senzorul de temperatură ambientală, un bloc de condiționare și protecție pentru intrările binare provenite de la senzorii de stare 5 (închis/deschis) (niveluri de tensiune 0...250 Vc.c. sau c.a.), ai întreruptoarelor de înaltă și medie tensiune, de la senzorii de stare de la separatoarele de medie tensiune MT, ai senzorilor de prezență pentru fluxul de ulei în bateriile de răcire a transformatorului de putere, ai senzorilor de stare de funcționare a pompelor de ulei și a ventilatoarelor, ai senzorului binar de poziție/stare al CRS și ai senzorului de prezență a descărcărilor parțiale în transformatorul de putere.

RO 125932 Β1

Semnalele condiționate de blocurile 2...5 (ieșiri în domeniul 0...5 V, curent continuu 1 sau alternativ, în funcție de intrare) ajung la subsistemul de achiziție de date 6, dotat cu intrări pentru semnale alternative (în domeniul 0...5 V), semnale continue (în domeniul 3 0...5 V) și semnale binare (în domeniul 0±5 V). Acesta folosește o schemă de achiziție de date (DAS) clasică, cu sincronizarea eșantionării pe toate canalele (cu rata de eșantionare 5 echivalentă recomandată mai mare de 10 kEșantioane/s/canal), multiplexare de date analogice și cuantificare analog-numerică. 7

Subsistemul de achiziție de date 6 este echipat cu o memorie de date și semnale 7, și un subsistem de ceas în timp real și temporizare 8. 9

Informația convertită numeric de subsistemul de achiziție de date 6 este transferată unui subsistem expert 9, format dintr-un bloc de procesare a datelor 10, o bază de 11 cunoaștere 11, ce cuprinde atât subsistemul de reguli, cât și baza de date, un bloc al motorului de inferență 12 și un bloc de interfațare 13 cu alte subsisteme, și care subsistem 13 9 rulează un program expert, conform diagramei din fig. 2.

Informațiile procesate de subsistemul expert 9 sunt transmise către o interfață digitală 15 de ieșire 14 și un subsistem de relee 15, care permite adaptarea la circuitele de comandă, protecție și semnalizare 16, ale stației. Starea subsistemelor este controlată cu ajutorul unui 17 calculator personal 17.

Se recomandă ca protecția de supratensiune, pentru blocurile de condiționare a 19 intrărilor analogice și digitale 2-5, să fie dublată de o soluție de separare galvanică, pentru asigurarea protecției și bunei funcționări a sistemului în orice condiții de suprasolicitare a 21 intrărilor.

Schema funcțională internă a unui bloc de condiționare/protecție 2-5 este formată 23 dintr-un circuit de protecție la supratensiuni, realizat cu un subsistem de două diode conectate la două tensiuni egale în modul cu valoarea maximă a intrării, în scopul limitării 25 tensiunii, în timp ce supratensiunea rămasă cade pe un rezistor de balast poziționat serie cu intrarea; urmat de un circuit de condiționare adaptat intrării blocului (divizor de tensiune 27 pentru tensiuni în domeniul 0...250 V sau rezistor shunt, pentru intrările de curent provenite de la diversele transformatoare de curent, în domeniul 0...5 A, utilizate în subsistem sau în 29 domeniul 4...20 mA, pentru cazul blocului cu intrări în subsistem unificat de curent 4. Ieșirile generate de aceste blocuri sunt de tensiune în domeniul 0...5 V, pentru curent continuu sau 31 0±5 V, pentru curent alternativ, în funcție de intrare.

în fig. 2 este ilustrată organigrama programului expert care este rulat de către 33 subsistemul 9, care are o arhitectură cunoscută, elementele inovative fiind înmagazinate în baza de cunoștințe, motorul de inferență și mecanismul de explicații al acestuia. Rolul 35 subsistemului expert 9 este de a estima starea tehnică a ansamblului stației, dar și a aparatelor electrice primare și a celor auxiliare acestora, pentru a stabili gradul de control, 37 semnalizare și protecție locală care trebuie generat către sistemul SCADA și operatorul uman, în vederea prognozei programului de mentenanță predictivă și a siguranței sistemului 39 energetic.

Pentru organigrama programului din fig. 2, informația de la utilizatorul 18 este trans- 41 misă bilateral la interfața utilizatorului 19, de unde ajunge la motorul de inferență 20 al subsistemului expert. Aici, pe baza informațiilor din baza de cunoștințe 24, furnizate prin inter- 43 mediului interfeței inginerului de cunoaștere 25 de la consola expertului uman 26, și a informațiilor din baza de date curente 23, alimentată în permanență cu noi informații de la sub- 45 sistemul de achiziție de date 6, prin interfața 22, se iau decizii care sunt transmise la blocul mecanismului de explicații 21 și, de aici, prin intermediul interfeței utilizator 19, la consola 47 utilizatorului 18.

RO 125932 Β1

Sistemul are trei puncte de acces de informație: consola utilizator 18, subsistemul de achiziție de date 22 și consola expertului uman 26.

Sistemul rezolvă problema de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune, care are o importanță deosebită pentru estimarea duratei de viață rămasă a echipamentelor primare, tendințele acestora spre defectare, și de aici sporirea siguranței energetice prin metode de mentenanță predictivă.

Funcțiile originale de monitorizare și control ale sistemului de monitorizare complexă includ: monitorizarea simultană 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 protecție la supratensiuni); monitorizarea tuturor defectelor posibile, pentru care există la ora actuală, pe plan internațional, echipament de detecție și metodă de diagnosticare cunoscută și aplicabilă prin soluția de sistem expert; folosirea, în majoritatea cazurilor, a cel puțin două sisteme de monitorizare simultană, pentru același tip de echipament, în scopul creșterii fiabilității; integrat în sistemul energetic la SCADĂ, 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 măsurile de corecție, în scopul evitării unor avarii grave; datele înmagazinate de sistemul de monitorizare sunt transmise către o bază de date centralizată, în vederea managementului activelor, și al stării echipamentelor, pe baze de fiabilitate și mentenanță predictivă; măsurarea tensiunilor alternative, în domeniul

45...65 Hz, de la transformatoarele de măsură de tensiune în domeniul 0...100 V, măsurarea curenților, în domeniul 45...65 Hz, de la transformatoarele de curent în domeniul 0...5 A; măsurarea semnalelor de la senzorii analogici de semnal unificat în domeniul 0...20 mA.

Scopul invenției este de a oferi o soluție acoperitoare pentru întregul set de echipamente primare din stațiile de înaltă tensiune (întreruptoare, separatoare, transformatoare de tensiune, transformatoare de curent, descărcătoare de protecție la supratensiuni), precum și pentru transformatoarele de mare putere, cu echipamentele auxiliare ale acestora (baterii de răcire, pompe de ulei, ventilatoare, indicatoare ale nivelului de ulei în cuvele transformatorului și comutatorului de reglaj sub sarcină), astfel încât să se poată estima, cu ajutorul unui subsistem expert care înglobează și valorifică, în mod automat, experiența acumulată de experții umani care au antrenat sistemul, starea funcțională și eventualele tendințe spre defectare ale diverselor echipamente electrice primare, monitorizate on-line, esențiale pentru buna funcționare a stației de înaltă tensiune, și de aici, prin metode de mentenanță predictivă (care presupun repararea sau înlocuirea unui element care se aproprie de starea de defect, înainte ca aceasta să se instaleze și să compromită siguranța funcțională, și de aici siguranța energetică a sistemului de transport și distribuție de înaltă tensiune).

Metoda și sistemul de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor de înaltă tensiune, propuse în cadrul invenției, rezolvă problemele menționate, prin aceea că asigură 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, supervizare și control (SCADA) ale stației și sistemului de transport și distribuție a energiei electrice; precum și facilități de modernizare și upgrade ulterior, în funcție de dezvoltările ce urmează să apără, toate acestea în scopul creșterii flexibilității sistemului energetic, a siguranței în funcționare și sporirea mentenabilității acestuia.

Sistemul conform invenției verifică, în etape, funcționarea fiecăruia dintre elementele primare, importante, ale stației și se iau decizii, în mod automat, grație sistemului expert implementat, asupra stării de funcționare a acestora și a duratei probabile de funcționare până la defectare.

RO 125932 Β1

Etapele de monitorizare, corespunzătoare fiecărui element primar, sunt prezentate, 1 în detaliu, în cele ce urmează.

Monitorizarea on-line a descărcătoarelor de înaltă tensiune ce asigură informații 3 on-line despre parametrii de funcționare și starea descărcătoarelor de înaltă tensiune, și anume: 5

- curentul total ce trece prin fiecare descărcător de pe fazele R, S, T ale aceleiași rețele electrice, operație realizată prin măsurarea valorii medie pătratice a curenților prin cele 7 trei faze, cu ajutorul unor transformatoare de măsurare de curent și cu ajutorul unui subsistem de achiziție de date 6, cu rata de eșantionare recomandată mai mare de 9 10 kEșantioane/s/canal, după care, măsurătorile se mediază în timp, iar rezultatul este comparat cu nivelul de referință pentru tipul respectiv de descărcător (având una dintre 11 tensiunile nominale de funcționare 110, 220, 400 kV). Dacă se constată că valoarea maxim admisibilă este depășită, se ia decizia reparării/înlocuirii descărcătorului; 13

- curentul de dezechilibru rezultant al curenților totali de trecere prin descărcătoarele de pe cele trei faze ale rețelei; la fel ca în cazul precedent, se măsoară curenții pe cele trei 15 faze, iar prin însumarea vectorială a acestora, se constată valoarea curentului de dezechilibru rezultant. Dacă valoarea acestui curent depășește nivelul de referință pentru 17 tipul respectiv de descărcător, se ia decizia reparării/înlocuirii descărcătorului;

- numărul de funcționări ale fiecărui descărcător de pe fazele R, S, T. La fiecare 19 descărcare datorată unei supratensiuni accidentale, descărcătorul preia un curent de valoare foarte mare, pentru a limita tensiunea în linia protejată. Acești curenți sunt detectați cu 21 ajutorul subsistemului de achiziție de date 6, prin subsistemul senzorilor de curent montați pe descărcătoare, contorizându-se numărul de descărcări preluate efectiv de echipament. 23 Dacă acest număr depășește valoarea prestabilită, maximă, de descărcări, suportate de modelul respectiv de descărcător, se ia decizia înlocuirii acestuia; 25

- cu ajutorul informațiilor menționate, sistemul conform invenției determină starea tehnică a descărcătorului, cu decizia funcțional/nefuncțional, și oferă informații de la sistemul 27 expert privind posibilele modalități de rezolvare a situației.

Monitorizarea on-line a întreruptoarelor de înaltă tensiune asigură informații on-line 29 despre parametrii de funcționare și starea întreruptoarelor de înaltă tensiune, și anume:

- starea de funcționare închis/deschis, verificată cu ajutorul informației de la senzorul 31 de poziție al întreruptorului;

- timpii de închidere-deschidere se determină, utilizând senzorii de curent prin 33 întreruptor și tensiunea pe bobina de comandă a acestuia, timpul necesar pentru acționarea on/off a întreruptorului măsurând, cu ajutorul subsistemului de achiziție de date 6 (având rata 35 de eșantionare recomandată mai mare de 10 kEșantioane/s/canal, corespunzătoare unei rezoluții a măsurării de timp de minimum 100 ps), durata intervalului de timp scurs între 37 acționarea întreruptorului, prin aplicarea tensiunii de comandă pe bobina acestuia și apariția curentului prin el. Măsurările se efectuează atât pentru timpii de acționare la anclanșarea și 39 la dezanclanșarea întreruptorului. Dacă se constată durate de timp mai mari decât cele specificate în cartea tehnică a aparatului, se procedează la înlocuirea acestuia; 41

- nesimultaneitatea de funcționare între poli, prin metoda arătată anterior, se procedează la măsurarea sincronă a celor trei întreruptoare corespunzătoare fazelor R, S, 43 T și se calculează diferențele între timpii de acționare on-off între toate fazele întreruptorului trifazat. Dacă se constată diferențe de timp mai mari decât cele specificate în cartea tehnică 45 a aparatului, se procedează la înlocuirea acestuia;

- numărul de funcționări - se contorizează prin contorizarea apariției tensiunii pe 47 bobina de comandă a întreruptorului. Dacă numărul de acționări se apropie de valoarea maximă prescrisă, se iau măsuri pentru înlocuirea întreruptorului; 49

RO 125932 Β1

- presiunea fluidului izolant - cu ajutorul unui senzor de presiune de fluid conectat la subsistemul de achiziție de date 6, se măsoară presiunea fluidului izolant. Sistemul atenționează automat dacă valoarea acesteia nu se află între limitele prestabilite pentru tipul de întreruptor monitorizat;

- cu ajutorul informațiilor de mai sus sistemul conform invenției determină starea tehnică a întreruptorului, cu decizia funcțional/nefuncțional.

Monitorizarea on-line a separatoarelor de înaltă tensiune - oferă informații on-line despre parametrii de funcționare și starea separatoarelor de înaltă tensiune, și anume:

- starea de funcționare: închis/deschis, verificată cu ajutorul informației de la senzorul de poziție al întreruptorului;

- timpii de funcționare - se măsoară, utilizând senzorii de curent prin subsistemul de control al acestuia, cu ajutorul subsistemului de achiziție de date 6 (având rata de eșantionare recomandată mai mare de 1 kEșantioane/s/canal, corespunzătoare unei rezoluții a măsurării de timp de minimum 1 ms), durata intervalului de timp scurs între acționarea separatorului și apariția curentului prin el. Măsurările se efectuează atât pentru timpii de acționare la închiderea și, respectiv, deschiderea separatorului. Dacă se constată durate de timp mai mari decât cele specificate în cartea tehnică a aparatului, se procedează la înlocuirea acestuia;

- nesimultaneitatea de funcționare între poli - prin metoda arătată anterior, se procedează la măsurarea sincronă a celor trei separatoare corespunzătoare fazelor R, S, T și se calculează diferențele între timpii de acționare on/off între toate fazele. Dacă se constată diferențe de timp mai mari decât cele specificate în cartea tehnică a aparatului, se procedează la înlocuirea acestuia;

- numărul de funcționări - se contorizează numărul de acționări ale întreruptorului. Dacă numărul de acționări se apropie de valoarea maximă prescrisă, se iau măsuri pentru înlocuirea aparatului;

- starea de funcționare a mecanismului de acționare - se măsoară, cu ajutorul unui transformator de curent, curentul prin motor, coroborând această informație cu durata de acționare a separatorului, pentru a vedea dacă parametrii prescriși pentru subsistemul de acționare al separatorului, conform cărții tehnice, sunt în limitele normale, dacă nu, se procedează la repararea/înlocuirea acestui echipament;

- cu ajutorul informațiilor menționate, sistemul conform invenției determină starea tehnică a descărcătorului, cu decizia funcțional/nefuncțional, și oferă informații de la subsistemul expert, privind posibilele modalități de rezolvare a situației.

Monitorizarea on-line a transformatoarelor de măsură de curent și/sau de tensiune asigură informații on-line despre parametrii de funcționare și starea aparatului monitorizat, și anume:

- presiunea fluidului izolant - cu ajutorul unui senzor de presiune de fluid, montat pe aparat și conectat la subsistemul de achiziție de date 6, se măsoară presiunea fluidului izolant. Sistemul atenționează automat dacă valoarea acesteia nu se află între limitele prestabilite pentru tipul de transformator monitorizat;

- suprasolicitările de curent și/sau de tensiune - se măsoară cu subsistemul de achiziție de date 6 amplitudinea suprasolicitării, momentul apariției acesteia, raportat la timpul universal și durata evenimentului. Se estimează, prin calcul, amplitudinea suprasolicitării în rețeaua electrică la care este conectat transformatorul monitorizat.

Monitorizarea on-line a trecerilor izolate de înaltă tensiune, aferente transformatoarelor de putere și bobinelor de reactanță shunt din exploatare, asigurând evaluarea în timp real a stării izolației trecerilor monitorizate și necesitatea efectuării de măsurători off-line, dacă este necesar. Pentru evaluarea on-line a stării trecerilor izolate, se măsoară continuu, cu ajutorul subsistemului de achiziție de date 6, curentul de scurgere prin dielectricul trecerii

RO 125932 Β1 izolate, la borna de măsurare cu care aceste treceri sunt prevăzute, suma curenților prin cele 1 trei treceri izolate ale aceleiași înfășurări trifazate a transformatorului (în domeniul 0...200 mA) și tangenta unghiului de pierderi/factorul de putere între curenții de scurgere prin 3 fiecare pereche de treceri izolate ale aceleiași înfășurări trifazate a transformatorului de putere. Dacă unul dintre acești parametri se abate de la valorile maximale, stabilite pentru 5 tipul trecerii izolate în cauză, se ia decizia înlocuirii acesteia. Dacă tendința de creștere a curenților de dezechilibru are panta mai mare în timp decât valorile prestabilite, se poate lua 7 în calcul oprirea transformatorului și efectuarea de măsurători off-line, pentru a vedea dacă poate sau nu să fie utilizat fără reparații. 9

Degradarea progresivă a izolației trecerilor izolate, monitorizate poate fi controlată în condiții de siguranță, iar înlocuirea trecerii izolate cu deficiență de izolație poate fi amânată 11 până ce acțiunea corectivă, programată, se execută eficient.

Monitorizarea on-line a transformatoarelor de putere și a bobinelor de reactanță shunt 13 de înaltă tensiune - asigură informații on-line despre:

a) Starea de funcționare - dacă transformatorul este conectat/deconectat la/de la 15 rețea.

b) Condițiile de funcționare: 17

- parametrii electrici: curenți, tensiuni, frecvența, factorul de putere, puteri (activă, reactivă, aparentă); 19

- parametrii electrici tranzitorii: suprasarcini de curent, creșteri de tensiune;

- parametrii ambientali: temperatura ambientală, temperatura înfășurărilor, obținută 21 prin calcul conform standardelor, temperatura uleiului, temperatura în punctul cel mai cald, obținută și ea prin calcul, conform standardelor. 23

c) Starea de funcționare a părții active a transformatorului/bobinei de reactanță (miez, înfășurări, conexiuni la trecerile izolate, conexiuni interioare de legare la pământ); deoarece 25 este cunoscută interacțiunea dintre starea acestor elemente constructive ale transformatorului și apariția de gaze în uleiul de izolație al transformatorului, prin monitorizarea 27 on-line, cu ajutorul analizoarelor de gaze, a următoarelor concentrații ale gazelor dizolvate în ulei: hidrogen (H₂), acetilenă (C₂H₂), oxid de carbon (CO), metan (CHJ; etan (C₂H₆), 29 etilenă (C₂H₄), bioxid de carbon (CO₂), oxigen (O₂), azot (N₂).

d) Starea de funcționare a subsistemului de răcire: 31

- determinarea numărului bateriilor de răcire în funcțiune la un moment dat - măsurat cu ajutorul senzorilor de flux de aer, amplasați pe bateriile de răcire și, respectiv, a senzorilor 33 de tensiune amplasați pe fiecare motor de acționare (la electropompele de ulei și, respectiv, la electroventilatoare) și conectați la subsistemul de achiziție de date 6; 35

- măsurarea duratei totale de funcționare sau duratei între revizii/reparații a ventilatoarelorși a pompelor de ulei (aferente bateriilor de răcire), prin contorizarea raportului 37 timp de funcționare/timp total, la nivelul fiecărei baterii de răcire, individual;

- determinarea numărului pompelor de ulei în funcțiune la un moment dat - măsurat 39 cu ajutorul senzorilor de circulație de ulei, amplasați pe circuitul de ulei și conectați la subsistemul de achiziție de date 6; 41

- măsurarea duratei totale de funcționare sau duratei între revizii/reparații a pompelor de ulei, prin contorizarea raportului de timp de funcționare/timp total, la nivelul fiecărei pompe 43 de ulei luată individual.

e) Starea nivelului de ulei în conservatorul aferent comutatorului de reglaj sub 45 sarcină: semnalizare la atingerea nivelului maxim și, respectiv, minim.

j) Starea de funcționare a releului Buchholz: treaptă de semnalizare și, respectiv, 47 treaptă de declanșare.

RO 125932 Β1

k) Starea de funcționare a releului de suprapresiune aferent cuvei ruptorului comutatorului de ploturi.

l) Starea de funcționare a supapelor de suprapresiune aferente cuvei principale a transformatorului.

Cu ajutorul informațiilordin măsurările efectuate conform metodei, sistemul determină starea tehnică a transformatorului de putere, cu decizia funcțional/nefuncțional, și oferă soluții de la subsistemul expert, privind posibile modalități de rezolvare a unor situații dificile, determinate de regimuri de funcționare sau de deficiențe tehnice la transformator.

Metoda propusă 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 extrem de importantă atât pentru stațiile vechi, cu precădere a acelora la care durata de viață a depășit durata standard, fiind predispuse defectării, cât și pentru stațiile noi, telecomandate și fără personal de exploatare.

Sistemul de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune, conform invenției, folosește un subsistem de achiziție de date, în conexiune cu un sistem expert, pentru realizarea completă a funcțiilor de monitorizare ale stației de înaltă tensiune, atât în ceea ce privește funcționarea transformatoarelor de putere și a echipamentelor auxiliare ale acestora, cât și a restului echipamentelor primare din stația electrică de înaltă tensiune.

Sistemul de monitorizare prezintă în mod avantajos monitorizarea de ansamblu a tuturor mărimilor care caracterizează funcționarea stației: controlul și achiziția on-line a datelor privind parametrii de funcționare ai transformatorului de putere sau ai bobinei de reactanță din exploatare, aîntreruptoarelor, 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 incipientă, înainte ca ele să 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 subsistemului de răcire); dublarea unor funcții de comandă (de exemplu, comanda subsistemului 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 viață din punct de vedere termic, a izolației solide, pe bază de celuloză, a transformatoarelor sau uzura contactelor la întreruptoare); evaluarea duratei de funcționare a motoarelor electrice din structura subsistemului de răcire a transformatoarelor de putere sau a dispozitivelor de acționare a întreruptoarelor și separatoarelor; evaluarea stării funcționale pentru pompele de ulei și ventilatoare.

Alt avantaj al sistemului propus este reprezentat de faptul că acesta oferă posibilități de upgradare și de integrare în sistemul de tip SCADA, de monitorizare și control, dintr-o stație electrică de conexiune și/sau transformare, indiferent de complexitatea ei, prin următoarele acțiuni: crearea unei baze de date privind condițiile reale de funcționare a echipamentelor primare, monitorizate on-line și reactualizarea acesteia cu noi înregistrări; prezentarea datelor sub formă de tabele și grafice; prezentarea evoluției mărimilor monitorizate, pe intervalul de timp selecționat; 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 alerte și evenimente; funcționarea în rețele locale (LAN) sau extinse (WAN).

Claims (2)

1. Metodă de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune 3 ce au în componență descărcătoare de înaltă tensiune, întreruptoare de înaltă tensiune, separatoare de înaltă tensiune, transformatoare de măsură de curent și tensiune, trans- 5 formatoare de putere și bobine de reactanță shunt de înaltă tensiune, treceri izolate de înaltă tensiune, caracterizată prin aceea că: 7

- se achiziționează curenții, folosind transformatoarele de măsurare de curent (TC-IT) și (TC-MT) din stație, precum și curenții de dezechilibru de la trecerile izolate ale 9 transformatorului, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție (2) a intrărilor analogice pentru curent alternativ; 11

- se achiziționează tensiunile, folosind transformatoarele de măsurare de tensiune (TT - IT) și (TT - MT) din stație, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție (3) a 13 intrărilor analogice pentru tensiune alternativă;

- se achiziționează datele provenite de la niște senzori, pentru nivelul uleiului în 15 conservator și nivelul uleiului în cuva comutatorului de reglaj sub sarcină (CRS), de la niște senzori de temperatură a uleiului de răcire al transformatorului, de la un analizor de apă și 17 gaze dizolvate în ulei, și de la un senzor de temperatură ambientală, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție (4), pentru intrări de semnal analogic unificat; 19

- se achiziționează intrările binare, provenite de la niște senzori de stare, cu care sunt prevăzute separatoarele de înaltă tensiune, separatoarele de medie tensiune, întreruptoarele 21 de înaltă și medie tensiune, de la niște senzori de prezență pentru fluxul de ulei în bateriile de răcire, de la niște senzori de poziție și stare a comutatorului de reglaj sub sarcină (CRS), 23 și de la niște senzori de prezență a descărcărilor parțiale în transformatorul de putere, prin intermediul unui bloc de condiționare și protecție (5) pentru intrări binare; 25

- se preiau semnalele condiționate de blocurile (2-5), de un subsistem de achiziție de date (6), prevăzut cu intrări pentru semnale alternative, continue și binare; 27

- se transferă informația convertită numeric de către subsistemul de achiziție de date (6) la un subsistem expert (9); 29

- informațiile procesate de subsistemul expert (9) sunt transmise către o interfață digitală de ieșire (14) și la un subsistem de relee (15), care permite adaptarea la niște circuite 31 de comandă, protecție și semnalizare (16), ale stației, starea subsistemelor menționate anterior fiind controlată cu ajutorul unui server sau al unui calculator personal (17). 33

2. Sistem de monitorizare complexă, on-line, a stațiilor electrice de înaltă tensiune, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintr-un bloc de condiționare și protecție a intrărilor 35 analogice, pentru curent alternativ (2), un bloc de condiționare și protecție a intrărilor analogice, pentru tensiune alternativă (3), un bloc de condiționare și protecție pentru intrări 37 de semnal analogic unificat (4), un bloc de condiționare și protecție pentru intrări binare (5), un subsistem de achiziție de date (6), ce preia informațiile de la ieșirea blocurile de condițio- 39 nare (2-5) și care subsistem de achiziție (6) este echipat cu o memorie de date și semnale (7) și un subsistem de ceas în timp real și temporizare (8), un subsistem expert (9) format 41 dintr-un bloc de procesare a datelor (10), o bază de cunoaștere (11) ce cuprinde atât un subsistem de reguli, cât și o bază de date, un bloc al motorului de inferență (12) și un bloc de 43 interfațare (13) cu alte subsisteme, o interfață digitală de ieșire (14), care primește informațiile procesate de subsistemul expert (9), un subsistem de relee (15), care permite adapta- 45 rea la niște circuite de comandă, protecție și semnalizare (16), ale stației, și un server sau calculator personal (17) ce controlează starea subsistemelor menționate și stochează datele 47 prelucrate.