RO125933A2 - Sistem şi metodă de monitorizare şi diagnosticare a sistemelor de izolaţie ale maşinilor electrice de medie şi mare putere - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem şi la o metodă de monitorizare şi diagnosticare a sistemelor de izolaţie ale maşinilor electrice de medie şi mare putere. Sistemul conform invenţiei este alcătuit dintr-un bloc (BSTemp) de senzori de temperatură, un senzor de turaţie (ST), care transmite semnale unui traductor de turaţie (TT), un bloc (BVS) de senzori de vibraţie, care transmite semnale unui traductor de vibraţii (TV), un bloc (BA) de alimentare care transmite tensiuni şi curenţi de alimentare unui bloc (BTCT) de traductoare de curenţi şi tensiuni, un bloc (BSDP) cu senzori pentru descărcări parţiale, care transmite semnale unui server bază de date (SBD), o placă de achiziţie (PA), două module (MA1 şi MA2) de achiziţie şi un modul (MC) de conversie. Metoda de monitorizare şi diagnosticare, conform invenţiei, utilizează o aplicaţie specializată, compusă din patru subaplicaţii specializate, şi anume: o subaplicaţie de achiziţie, transmisie şi prelucrare primară a datelor on-line, o subaplicaţie de stocare on-line, o subaplicaţie de vizualizare locală şi la distanţă on-line şi o subaplicaţie de diagnosticare off-line, care, la rândul ei, conţine mai multe subaplicaţii de diagnosticare specifice pentru determinarea stării sistemului de izolaţie, pentru determinarea stării înfăşurărilor, a principalelor caracteristici electrice, a stării sistemului de răcire şi a altor caracteristici ale sistemului de izolaţie, pentru determinarea stării acestuia sau pentru estimarea duratei de viaţă rămase.

Description

, - *'H- w»‘i'.jwjhwi^·

GR.. : . :^c STAT PENTRU W®rn! ȘI MĂRCI'

Ce. c-ΐύ rt? brev&i de .nven-i :

: Nf. .^.,.2^.^.^..^.2^........

^: Data'‘enozit ‘06’ 200$

SISTEM Șl METODĂ DE MONITORIZARE Șl DIAGNOSTICĂ

DE IZOLAȚIE ALE MAȘINILOR ELECTRICE DE MEDIE Șl MARE PUTERE

Prezenta invenție se referă la un sistem și la o metodă de monitorizare și diagnosticare a sistemelor de izolație ale mașinilor electrice de medie și mare putere (SMD SIME), care este utilizat pentru mașinile electrice de medie și mare putere pentru evaluarea sistemelor de izolație ale mașinilor electrice.

Cum performanțele în exploatare ale mașinilor electrice depind în mod esențial de stările sistemeleor de izolație, sistemele de diagnosticare și monitorizare se referă, în principal, la această componentă a mașinilor electrice. Cercetările efectuate în ultimii ani de principalii fabricanți și utilizatori de transformatoare din SUA, Germania, Marea Britanie, Franța, Germania, Elveția, Japonia, China etc. se referă, îndeosebi, la diagnosticarea și monitorizarea sistemelor de izolație. Scopul acestor cercetări constă în stabilirea parametrilor care dau informațiile cele mai complete privitoare la stările sistemelor de izolație și a valorilor lor limită, realizarea de echipamente pentru măsurarea valorilor parametrilor aleși și achiziționarea rezultatelor și realizarea unor programe de calculator performante de prelucrare și interpretare a datelor, semnalarea depășirilor valorilor limită admisibile și luarea unor decizii privind eventualele deconectări ale transformatoarelor.

în cadrul CIGRE [Conferința Internațională a Marilor Rețele Electrice] s-au constituit grupuri de lucru pentru elaborarea unor metodologii de diagnosticare și monitorizare, iar majoritatea conferințelor și simpozioanelor internaționale, privitoare la echipamentele electrice, tratează acest subiect.

Metodele și echipamentele cunoscute se axează pe anumiți parametrii (descărcări parțiale, vibrații etc.). Echipamentele existente nu prezintă programe de calculator de diagnosticare a stărilor transformatoarelor și nici nu utilizează datele obținute prin măsurători off-line.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în aceea că se realizează un sistem și o metodă de diagnosticare și monitorizare a unei mașini electrice folosind ca parametrii curentul și tensiunea, turația, temperatura sistemului de izolație, descărcările parțiale, vibrațiile, precum și gradul de îmbătrânire a sistemelor de izolație, folosind măsurarea curenților de absorbție resorbție (CABS).

Sistemul de monitorizare și diagnosticare a sistemelor de izolație ale mașinilor electrice de medie și mare putere înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că este constituit dintr-un bloc senzori de temperatură, un senzor de turație care transmite semnale unui traductor de turație, un bloc senzori de vibrație care transmite semnale unui traductor de vibrații, un bloc de alimentare care transmite tensiuni și curenți de alimentare unui bloc de traductoare curenți și tensiuni, un bloc cu senzori

C^-l 009*00420 0 4 -06- 2009 pentru descărcări parțiale, care transmite semnale unui server bază de date, o placă de achiziție, două module de achiziție și un modul de conversie, primul modul de achiziție primește semnale de la blocul senzori de temperatură și de la traductorul de turație, semnale care prin modulul de conversie ajung la serverul bază de date, al doilea modul de achiziție primind semnale de la blocul de traductoare curenți și tensiuni, semnale care, prin modulul de conversie, sunt transmise serverului bază de date, care mai primește semnale prin intermediul plăcii de achiziție de la traductorul de vibrații.

Metodă de monitorizare și diagnosticare, care este pusă în aplicare de sistemul prezentat mai sus utilizează o aplicație specializată de monitorizare și diagnosticare care este compusă din patru sub-aplicații specializate, astfel o subaplicație de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line, o subaplicație de stocare on-line, o sub-aplicație de vizualizare locală și la distanță on-line și o sub-aplicație de diagnosticare off-line, care, la rândul ei, în scopul realizării unor diagnosticări parțiale, conține mai multe sub-aplicații de diagnosticare a datelor offline specifice pentru determinarea stării sistemului de izolație, pentru determinarea stării înfășurărilor, pentru determinarea principalelor caracteristici electrice, pentru determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse, pentru determinarea stării echipamentului sau pentru estimarea duratei de viață rămase.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- echipamentul realizat va permite și achiziționarea, stocarea și prelucrarea unor informații rezultate din măsurătorile inițiale sau măsurătorile off- și/sau on-line ai altor parametri caracteristici ai sistemelor de izolație, utili pentru evaluarea stărilor de îmbătrânire a sistemelor de izolație ale mașinilor electrice (SIME) și luarea de decizii privind eventualele deconectări ale mașinilor electrice și evitarea defectării lor;

- partea de vizualizare și analiză nu afectează sistemul de achiziție, stocare și prelucrare a datelor on-line.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu figurile 1, .... 15, care reprezintă:

Fig. 1, Structura sistemului de monitorizare on-line;

Fig. 2, Arhitectura soluției de monitorizare;

Fig. 3, Interfața aplicației de sotcare a datelor EStocare;

Fig. 4, Interfața EMonitor;

Fjg. 5, Interfața WebConsole;

Fig. 6, Interfața DiagElectric;

Fig. 7, Diagrama sub-aplicației de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line EServer;

Fig. 8, Diagrama sub-aplicației de stocare a datelor on-line EStocare;

O q -1)6- 2005

Fig. 9, Diagrama sub-aplicației de vizualizare locală sau la distanță on-line Emonitor sau WebConsole;

Fig. 10, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea stării mașinii electrice supravegheate;

Fig. 11, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea stării sistemului de izolație;

Fig. 12, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea stării înfășurărilor;

Fig. 13, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea principalelor caracteristici electrice;

Fig. 14, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse;

Fig. 15, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru determinarea stării întregului echipament;

Fig. 16, Diagrama sub-aplicației de diagnosticare off-line DiagElectric pentru estimarea duratei de viață rămase.

Sistemul de monitorizare și diagnosticare, conform fig.1, conține un bloc senzori de temperatură BSTemp, un senzor de turație ST care transmite semnale unui traductor de turație TT, un bloc senzori de vibrație BSV care transmite semnale unui traductor de vibrații TV, un bloc de alimentare BA care transmite tensiuni și curenți de alimentare unui bloc de traductoare curenți și tensiuni BTCT, un bloc cu senzori pentru descărcări parțiale BSDP, care transmite semnale unui server bază de date SBD, o placă de achiziție PA, două module de achiziție MA1 și MA2 și un modul de conversie MC. Modulul de achiziție MAI primește semnale de la blocul senzori de temperatură BSTemp și de la traductorul de turație TT, semnale care prin modulul de conversie MC ajung la serverul bază de date SBD. Al doilea modul de achiziție MA2 primește semnale de la blocul de traductoare curenți și tensiuni BTCT, semnale care, prin modulul de conversie MC, sunt transmise serverului bază de date SBD, care mai primește semnale prin intermediul plăcii de achiziție PA de la traductorul de vibrații TV.

Așa cum se observă din fig. 1, structura sistemului de achiziție este modulară, putându-se realiza și monta ușor, fără a afecta celelalte componente (senzori, calculator, rețea etc.).

Legăturile de la senzori vor intră în șirurile de cleme ale cutiei în care sunt dispuse echipametele de achiziție. Toate cablurile vor fi inscripționate pentru a se ști de unde vin.

Toate semnalele ce intră în șirul de cleme vor merge după cum urmează:

(V 2 Ο Ο 9 - ο Ο 4 2 Ο - Ο 4 -06- 2009

- semnalele de la termocuplele din blocul senzori de temperatură BSTemp vor merge direct în primul modul de achiziție MA1;

- semnalele de tensiune și curent din blocul de alimentare BA vor merge în traductoarele corespunzătoare din blocul de traductoare curenți și tensiuni BTCT;

- semnalul de la senzorul de turație ST va merge la traductorul de turație TT corespunzător, apoi la modulul de achiziție MA1;

- semnalele de la blocul senzori de vibrație BSV, prin traductorul de vibrații TV, vor merge în placa de achiziție PA, fiind apoi transmise serverului bază de date SBD;

- semnalele de la blocul cu senzori pentru descărcări parțiale vor merge în portul serial RS 232 al serverului bază de date SBD prin al doilea modul de achiziție MA2 și modulul de conversie MC.

în acest mod toate semnalele ajung la modulele de achiziție MA1 și MA2, și respectiv la placa de achiziție PA. Semnalele de la modulele de achiziție MAI și MA2 sunt preluate, prin intermediul modului de conversie MC (I 7520), și transferate, prin interfața serială RS 232, serverului bază de date SBD (care este un calculator specializat) unde sunt achiziționate, stocate și prelucrate.

Blocul senzori de temperatură BSTemp conține șapte termocuple pentru a detecta temperatura din mașina electrică, dar și a mediului ambiant. Se utilizează termometre cu rezistentă PT 100 cu conectare prin trei conductori. Aceștia se vor instala în stator, respectiv în exteriorul mașinii. Intervalul de temperatură este -50°C ...+200°C, atât pentru senzorii folosiți în stator cât și pentru mediul ambiant. Convertizorul de măsurare trebuie să se încadreaze în următoarea gamă de măsurării: conexiune Ω/3 - conductor PT 100; precizia măsurării: O,1°C/cifră; intervalul de măsurare: -250°C ...+850°C.

Senzorul de turație ST (de tip NÎ3-EG08K-Y1) se utilizează pentru măsurarea turației, și un convertor de frecvență/curent (de tip MK21 - 122-Ri) ce poate lucra până la 60 kHz. în secundarul convertorului vom obține un semnal de 4mA ...20mA.

Blocul senzori de vibrație BSV folosește senzori de vibrații (de tip MTN 1185C). Se utilizează doi sensori de vibrații montați sub lagăre, în gama de măsură 0 - 100 cm/s, pentru temperaturi de la -25°C până la +100°C. Acest senzor este folosit pentru a măsura accelerația carcasei statorului, senzorul fiind montat pe carcasa statorului. Se măsoară componenta accelerației perpendiculare pe peretele cuvei. Ca traductor de măsurare se folosește o placă de achiziție PA (de tip NI 6009) pentru a realiza achiziția semnalului în gama de frecvență 0 - 1000 Hz.

Blocul de traductoare curenți și tensiuni BTCT conține traductoare de curent (de tip SINEAX I 538) care se utilizează pentru măsurarea curenților. Traductoarele de curent sunt cu separare galvanică între primar și secundar, alegându-se tipul

Ο Ο 9 - Ο ο 4 2 Ο - Ο 4 -06- 2009 corespunzător curenților nominali ai mașinii electrice, sau putând fi alimentați din secundarele transformatoarelor de curent folosite pentru măsurarea curenților de alimentare ai mașinii monitorizate. în cazul nostru folosim traductoare ce în primar suportă maxim 5 A, iar în secundarul traductoarelor vom obține un semnal de 4mA ...20mA

Blocul de traductoare curenți și tensiuni BTCT mai conține traductoare de tensiune (de tip SINEAX U 539) care se utilizează pentru măsurarea curenților. Traductoarele de tensiune sunt cu separare galvanică între primar și secundar, alegându-se tipul corespunzător transformatoarelor de tensiune folosite pentru măsurarea tensiunii de alimentare a mașinii monitorizate. în cazul nostru folosim traductoare ce în primar suportă maxim 1OOV, iar în secundarul traductoarelor vom obține un semnal 4mA ...20mA.

Blocul cu senzori pentru descărcări parțiale BSDP conține senzori pentru descărcări partiale (de tip PDTrac). Descărcările parțiale sunt semnale de frecvență radio măsurate în gama MHz produse de microarcele electrice și scânteierile care apar în izolația de înaltă tensiune. în cazul utilizării detecției electrice a descărilor parțiale vom utiliza sistemul PDTrac în care se vor utiliza senzori cu capacitate de 80nF, la o tensiune de 6,9 kV, în gama de frecvențe de O ...1MHz. Sistemul utilizează cuploare PDA cu condensatoare pe bază de mică.

Pentru modulele de achiziție MA1 și MA2, având în vedere fiabilitatea, prețul scăzut, precum și condițiile de mediu în care funcționează, s-au folosit module de achiziție de tipul M 7019 R. Pentru trecerea de la RS 485 la RS 232 se folosesc module de tipul I 7520, cu următoarele caracteristici tehnice:

- intrări analoge cu 8 canale diferențiale; intrări de tipul: mV, V, mA; tremocuplu; rata de eșantionare de 8 S/s; banda de frecvență de 5.24 Hz; precizie de 0.15 %; izolație de 3000 Vcc; modbus RTU;

- sursa de alimentare cu tensiunea alimentare de 10Vcc- 30 Vcc; putere absorbită de 1.2 W;

- gama de temperatură de lucru de -25 °C ...-75 °C.

Placa de achiziție PA (de tip NI - 6009) are următoarele caracteristici tehnice:

- intrări analoge cu 8 intrări simple/4 canale diferențiale; 2 ieșiri analoge; intrări de tipul: ±1 ...± 20 V; rata de eșantionare de 48 kS/s; banda de frecvență de 150 Hz; rezoluție de 32 biți;

- sursa de alimentare cu tensiune alimentare de 10Vcc- 30 Vcc; putere absorbită de 1.2 W;

- gama de temperatură de lucru de 0 °C ...-55 °C;

Serverul bază de date SBD este o mașina specializată (calculator) care stochează toată informația preluată de mașina de achiziție și pune informația la

Ο Ο 9 ' Ο Ο 4 2 2 - Ο 4 -06- Ο dispoziția serverului web, rețelei locale din stație (IntraLAN) sau unui calculator conectat la internet prevăzut cu o aplicație desktop specială. Mașina își va face singură o copie de siguranță la un anumit interval de timp. Serverul bază de date SBD are trei legături: una către internet, una către rețeaua locală din stație și o legătură către mașina de achiziție (Sistem de operare de tip: Microsoft Windows Server 2003, Baza de date: Microsoft SQL Server 2005).

Firewallul este o mașină opțională folosită pentru o sporire a securității serverului de date. El reprezintă poarta de intrare din internet a serverului de date. Mașina se poate înlocui și cu un router (sistem de operare de tip Linux).

Serverul WEB este destinat afișării parametrilor de la orice mașină și prelucrarea lor. Pe serverul web este o sub-aplicație WebConsole care servește la vizualizarea, prelucrarea, compararea parametrilor. Aceste funcționalități se pot face de oriunde din internet (prin intermediul web-ului) bineînțeles cu anumite măsuri de securitate. Practic pe serverul de web va fi un site prin care se poate ajunge la informația stocată de la orice mașină electrică supravegheată (sistem de operare de tip Linux).

Structura sistemelor de izolație a mașinilor electrice rotative nu este așa complexa ca cea a sistemelor de izolație a transformatoarelor electrice, aceasta explicându-se în primul rând că mașinile electrice nu se construiesc pentru tensiuni mai mari de 25 kV decât în cazuri excepționale.

Componentele principale ale sistemelor de izolație ale mașinilor electrice sunt următoarele: izolația de crestătură; izolația între bobine; izolația între straturi și spire; izolația între straturi și între spire (izolația între straturile și spirele adiacente aflate în aceeași crestătură); izolația conductorului (izolație care înconjoară conductoarele elementare legate în parallel); izolația capetelor de bobină (între capătul de bobină și suportul capătului de bobină, dacă acesta din urmă nu este izolat); izolația terminalelor.

Componentele sistemelor de izolație enumerate mai sus nu se regăsesc în toate tipurile de mașini. Sistemul de izolație al turbo și hidrogeneratoarelor mari este mult mai complex, acesta conținând toate componentele amintite mai sus. La motoarele de current alternativ, de puteri mici și pentru tensiuni nominale joase, de exemplu la cele asincrone, sistemul de izolație este foarte simplu, fiind constituit din izolația de email a conductorului (izolația de conductor) și izolația de crestătură la a căror dimensionare se iau în considerație mai mult solicitările mecanice la care sunt supuse înfășurările în timpul fabricației și mai puțin cele electrice.

La mașinile electrice rotative de putere mare, cum sunt turbogeneratoarele de câteva sute de megawați ale centralelor electrice, solicitarea electrică a izolației este tot atât de importantă ca și solicitarea mecanică provocată de mișcări și dilatarea /· ^!J y ^_ u u l 'j ^_ -

termică. în timpul funcționării, izolația se defectează ca urmare a efectului comun al acestor solicitări.

Statisticile arată ca ieșirea din funcțiune a turbo și hidrogeneratoarelor de mare putere este datorată, în proporție de cel puțin 20 %, deteriorărilor și degradării izolației (oboseală, îmbătrânire timpurie).

în timpul funcționării, mașinile electrice sunt supuse la numeroase solicitări. Acestea sunt de natură termică, electrică și mecanică și au ca rezultat, în general, degradarea sistemului de izolație.

Degradarea sistemului de izolație poate fi lentă, drept consecință a fenomenelor de îmbătrânire, oboseală și umezire (care cuprinde întreaga masă a sistemului de izolație), sau rapidă, datorită unor defecte ascunse nedescoperite la încercări și care ies la iveală în perioada de rodaj (probe tehnologice).

Dacă pentru primul tip de degradare a sistemului de izolație (degradarea lentă), există multe metode de verificare, cel de-al doilea tip (degradarea rapidă) este dificil de pus în evidență la încercările izolației. în cadrul încercărilor pentru cel de-al doilea tip, se pune accent deosebit pe verificarea izolațiilor de crestătură, dintre spire și dintre bobinele statorului, care în trecut era realizată din dolii de mică impregnate cu pastă compound, iar mai recent pe suporți de benzi sintetice impregnate în rășini sintetice.

La o mașină electrică trebuie verificat atât statorul cât și rotorul. în general înfășurările rotorului sunt de joasă tensiune, verificarea lor necesită un volum mai mic de teste.

în afară de izolația statorică și rotorică, la mașinile electrice mai trebuie verificată și izolația altor elemente, ca de exemplu, cea a colectorului, inelelor colectoare, precum și a portperiilor și a plăcii de borne.

Scopul principal al încercărilor este verificarea izolației înfășurărilor față de armăturile mașinii și verificarea izolației dintre spire.

La mașinile electrice rotative trifazate cu neutrul accesibil și demontabil este ușor de verificat izolația între faze cu ajutorul unei surse de tensiune externă. La cele care au neutrul inaccesibil, verificarea izolației între faze se face cu tensiune indusă, similar ca la transformatoarele de putere. în cazul generatoarelor mici, a hidrogeneratoarelor și a motoarelor asincrone este recomandată și verificarea izolației între spire.

Verificarea izolației statorului mașinilor de curent alternativ se face cu tensiuni de încercare de 50 Hz, sau cu tensiuni redresate echivalente, măsurându-se, de asemenea, și rezistența de izolație, coeficientul de pierderi dielectrice și intensitatea descărcărilor parțiale.

^-- 2 0 0 9 - 0 0 4 2 0 -0 4 -06- 2009

Rotorul mașinilor de curent alternativ, statorul și rotorul mașinilor de current continuu se verifică cu tensiuni de încercare de 50 Hz sau cu tensiuni continue, măsurându-se rezistența de izolație sau coeficientul de absorbție.

în ceea ce privește încercarea izolației între spire și bobine, se preferă încercările cu impulsuri de tensiune sau de current având în vedere sensibilitatea mărită a metodei din punct de vedere al defectoscopiei.

O particularitate a încercării izolației mașinilor rotative o constituie capacitatea relativ mare (de ordinul microfarazilor) a obiectului de încercat.

în ceea ce privește monitorizarea și diagnosticarea on-line a mașinilor electrice trebuie făcută distincție între monitorizare și diagnosticare. Monitorizare înseamnă achiziție de date, dezvoltarea senzorilor și dezvoltarea metodelor pentru determinarea condiției mașinilor electrice. Diagnosticarea este pasul următor monitorizării și cuprinde interpretarea datelor măsurate “off-line” (indirect) și “on-line” (direct).

în timpul funcționării, mașinile electrice sunt supuse la numeroase solicitări. Acestea sunt de natură termică, electrică și mecanică și au ca rezultat, în general, degradarea sistemului de izolație. Degradarea presupune reducerea calității izolației. Descărcările locale pot duce la distrugerea înfășurărilor și pot rezulta puncte calde. Fenomenul degradării trebuie folosit pentru obținerea de informații necesare măsurătorilor. Pentru estimarea duratei de viață rămase și pentru realizarea unui sistem de avertizare rapid, cele mai importante mărimi măsurate, pentru monitorizarea “on-line”, sunt încărcarea mașinii, condițiile de exploatare ale acestuia, analiza descărcărilor parțiale, nivelul zgomotului, analiza vibrațiilor, temperatura, analiza curenților de absorbție / resorbție.

Parametrii urmăriți la monitorizarea on-line sunt: temperatura înfășurărilor; temperatura ambiantă; curentul și tensiunea din stator; intensitatea descărcărilor parțiale: nivel vibrații; turația.

Pentru estimarea duratei de viață rămase și pentru realizarea unui sistem de avertizare rapid se urmăresc următorii parametri: încărcarea mașinii electrice; îmbătrânirea termică; condiția izolației complexe; eficiența sistemului de răcire; automatizări și protecții ca semnalizări, protecții și automatizări; determinarea spectrului de vibrații; determinarea nivelului descărcărilor parțiale.

Sistemul de monitorizare constă din trei componente de bază: senzori BSTemp, ST, BSV, BSDP, module de conversie analog-digitală MC și serverul bază de date SBD, echipat cu un sistem de achiziție, pentru analiză și prelucrarea datelor. Tabelul 1 arată gradul maxim de întindere a sistemului de monitorizare. Trei tensiuni și patru curenți pot fi măsurați, inclusiv curentul pe conductorul de nul, pe partea de ^209-9042?-0 4 - 36- ΖίΟίΙ înaltă tensiune. Aceste semnale sunt furnizate de trei senzori de tensiune și patru senzori de curent, care se montează în cutia special destinată releelor și senzorilor.

Tabelul 1. Mărimile ce pot fi achiziționate

MĂRIME MĂSURATĂ	NR. SENZORI	OBSERVAȚII
TENSIUNI	3
CURENȚI	3+1
TEMPERATURI	6+1
VIBRAȚII	2
DETERMINAREA NIVELULUI DESCĂRCĂRILOR PARȚIALE	3

Aceasta permite calcularea puterii tranzitate de transformator. De asemenea, se poate efectua analiza multirezoluție a tensiunilor și curenților.

Măsurarea temperaturii în partea superioară și inferioară și măsurarea temperaturii mediului ambiant ne furnizează informații despre procesul răcirii și eficienței răcirii. în funcție de temperaturile ce se vor culege numărul senzorilor se poate modifica.

O posibilitate a sistemului de monitorizare este aceea de a determina spectrul de vibrații al transformatorului prin achiziționarea semnalelor de la doi senzori piezoelectrici montați pe carcasa mașinii electrice, prin suport magnetic.

Locurile unde se fixează senzorii se vor determina după măsurătorile inițiale de vibrații, care au rolul de a stabili punctele de măsură, în scopul distanțării de grupele de răcire.

Datorită arhitecturii aplicației specializate de monitorizare și diagnosticare soluția de monitorizare este extrem de flexibila, așa cum este prezentată în fig. 2.

Componenta aplicației specializate de vizualizare și diagnosticare oferă:

- achiziția și stocarea cu vizualizare locală;

- achiziția și stocarea cu vizualizare la distanță;

- achiziția și stocarea cu vizualizare locală și la distanță;

- achiziționarea datelor oferite de către mai multe sisteme electrice cu stocare pe un singur server sau pe mai multe servere.

Tehnologiile folosite în dezvoltarea aplicației specializate sunt tehnologii folosite în aria enterphse, de aceea soluția, conform invenției, se cataloghează ca o soluție software enterphse.

Aplicția specializată de monitorizare și diagnosticare este compusă din patru sub-aplicații specializate:

Ο 4 -06- 2009

- ο sub-aplicație de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line EServer;

- o sub-aplicație de stocare on-line EStocare;

- o sub-aplicație de vizualizare locală și la distanță on-line EMonitor și WebConsole;

- o sub-aplicație de diagnosticare off-line DiagElectric;

Un beneficiu important al soluției de monitorizare, conform invenției, este faptul că partea de vizualizare și analiză nu afectează sistemul de achiziție, stocare și prelucrare a datelor on-line.

Sub-aplicația de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line EServer, conform fig. 7, constă dintr-un prim pas P1 la care se pornește subaplicația EServer, apoi la al doilea pas P2 se inițializează achiziția datelor de la timpul t=O, la pasul P3 se introduc datele furnizate de modulele de achiziție MA1 și MA2, și de placa de achiziție PA, care sunt tensiuni, curenți, temperaturi, turație, vibrații, semnale preluate de la senzorii montați pe mașina electrică supravegheată, la pasul P4 se calculează coeficientul de încărcare, temperatura medie a înfășurării, erorile de curent și tensiune față de valorile nominale, erorile temperaturilor măsurate față de temperatura nominală, la ultimul pas P5 se realizează incrementarea timpului cu At (t=t+At) la sfârșitul achiziției și prelucrării primare a datelor după care se revine la pasul P2 de unde se reia o nouă achiziție de date de la un alt moment de timp.

Sub-aplicația EServer este nucleul sistemului de monitorizare și lucrează cu echipamentele hardware identificând informațiile achiziționate și le oferă în rețea. Sub-aplicația EServer recunoaște fiecare tip de senzor și deține protocolul de comunicație cu senzorii. Prelucrarea datelor achiziționate se face într-un mod particularizat fiecărui domeniu căruia îi este destinată soluția de monitorizare. Achiziția de pe un server poate urmări mai multe echipamentele electrice (motor, transformator etc), rata de eșantionare fiind reglabilă. Sub-aplicația EServer funcționează sub mediul Microsoft Windows Server sub forma unui web service.

Sub-aplicația de stocare a datelor EStocare, conform fig. 8, constă din pasul P6 la care se pornește sub-aplicația EStocare, la pasul P7 se inițializează stocarea datelor de la timpul t=O, la pasul P8 se introduc datele furnizate de sub-aplicația EServer, la pasul P9 se stochează datele primite în baza de date, la pasul P1O se stochează alarmele, dacă este cazul, iar la ultimul pas P11 se realizează incrementarea timpului cu At (t=t+At) la sfârșitul stocării datelor după care se revine la pasul P7 de unde se reia o nouă stocare de date de la un alt moment de timp.

Sub-aplicația EStocare este o aplicație care rulează sub mediul Microsoft Windows Server, preia datele oferite de către sub-aplicația EServer și le stochează într-o bază de date. Sub-aplicația EStocare se poate configura pentru a satisface

2009'02422-ί] 4 -.6· 2039 nevoile fiecărui beneficiar. Stocarea poate fi configurată pentru un singur sau mai multe servere de achiziție. Sub-aplicația EStocare este independentă de mediul bazei de date folosit, poate să lucreze cu cele mai recunoscute sisteme de baze de date relaționale și anume Oracle, MS SQL, MySQL, PostgreSQL. Intervalul la care se face stocarea este și el configurabil. O altă facilitate importantă este faptul că dacă se dorește stocarea datelor de la la un nou server de achiziție, stocarea celorlalte servere de achiziție, aflate sub monitorizare, nu este întreruptă și nici vizualizarea. Acest lucru facându-se fără a afecta în vreun fel sistemul de monitorizare.

Această parte a sistemului este responsabilă, de asemenea, cu memorarea alarmelor care apar pe durata monitorizării. O alarmă este descrisă complet de momentul apariției depășirii unei anumite limite. De menționat este că această aplicație poate lipsi, dacă beneficiarul sistemului nu dorește o diagnosticare pe o perioadă lungă. Din fig. 3 se observă și simplitatea interfeței cu utilizatorul.

Facilitățile oferite de către sub-aplicația EStocare sunt: stocarea datelor independent de tipul bazei de date folosite; configurarea intervalului de stocare de la distanță prin intermediul aplicațiilor de vizualizare; stocarea simultană a mi multor puncte aflate sub monitorizare.

Sub-aplicația de vizualizare on-line a datelor, locală sau la distanță EMonitor sau WebConsole, conform fig. 9, constă dintr-un prim pas P12 la care se pornește sub-aplicația EMonitor sau sub-aplicația WebConsole, la pasul P13 se inițializează vizualizarea locală sau la distanță de la timpul t=0, la pasul P14 se introduc datele furnizate de sub-aplicația EStocare, la pasul P15 se vizualizează blocurile de încărcare, descărcări parțiale, vibrații, durată de viață rămasă, iar la pasul P17 se realizează incrementarea timpului cu At (t=t+At) la sfârșitul vizualizării on-line a datelor după care se revine la pasul P13 de unde se reia o nouă vizualizare de date de la un alt moment de timp.

Sub-aplicația EMonitor (fig. 4 și 9) este o sub-aplicație desktop care rulează sub mediul Microsoft Windows și a fost creată pentru ca operatorul să poată analiza și vizualiza on-line local datele achiziționate și stocate de către sistemul de monitorizare. Tot prin intermediul acestei sub-aplicații se pot vizualiza și analiza datele istorice ale parametrilor.

Facilitățile oferite de către sub-aplicația EMonitor sunt: afișarea datelor on-line în format numeric și grafic; funcții de analiză ca analiza încărcare, analiza răcirii, analiza descărcărilor parțiale, analiza vibrații, analiza off-line, calculul duratei de viață consummate/restante; afișarea și configurarea alarmelor; configurarea intervalului de urmărire on-line a datelor; afișarea datelor de sistem.

Sub-aplicația WebConsole (fig. 5 și 9) este o sub-aplicație web care funcționează sub un server Apache 2.2 - PHP 5. Ea este independentă de sistemul ¢^2 009-00420-0 4 -06- 2009 de operare, putând funcționa atât pe Linux cât și pe Microsoft Windows. Sub-aplicația WebConsole se accesează printr-un browser web apelând adresa serverului unde este instalată sub-aplicația. Sub-aplicația WebConsole permite vizualizarea on-line a datelor simultan după mai multe puncte de achiziție, astfel operatorul putând să facă o comparație între datele achiziționate după echipamente electrice diferite. Aplicația permite și observarea evoluției în timp a datelor accesând sub-aplicația de stocare EStocare Vizualizarea datelor se poate face atât în format valoare numerică, cât și în format grafic.

Facilitățile oferite de către sub-aplicația WebConsole sunt: vizualizare on-line a datelor după mai multe puncte monitorizate; vizualizare în format numeric și format grafic; configurarea alarmelor; configurarea intervalului de urmărire în timp a datelor; afișarea istoricului datelor stocate de către EStocare; documentație privitor la datele afișate.

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea stării mașinii electrice supravegheate (conform fig. 10), constă dintr-un prim pas P18 la care se pornește sub-aplicația de diagnosticare DiagElectric, la următorul pas P19 se introduc toate datele mașinii electrice supravegheate ca: rezistențe de izolație, capacitate, tangenta unghiului de pierderi a înfășurărilor; rezistențe de izolație anexe ca lagăre, bloane, traductoare etc.; încercări cu tensiune mărită; determinări globale ca descărcări parțiale, curenți de absorbție/resorbție, vibrații, termografie etc.; rezistențe ohmice ale înfășurărilor; caracteristici electrice la mers în gol, la pornire etc.; stare sistem răcire; diverse alte caracteristici ca valoare întrefier etc., la pasul P20 se realizează determinarea stării sistemului de izolație, determinarea stării înfășurărilor, determinarea principalelor caracteristici electrice, determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse, la pasul P21 se realizează diagnosticarea stării echipamentului, iar la ultimul pas P22 se oprește sub-aplicația de diagnosticare DiagElectric.

Pe baza datelor introduse din buletinele de măsurători, cu ajutorul subaplicației de diagnosticare a datelor DiagElectric se poate determina starea unei mașini electrice într-o anumită perioadă de timp, și în anumite condiții (de exploatare, de climă etc.), afișându-se, dacă este cazul, mesaje pentru avertizarea operatorului, în cazul depășirii limitelor la anumiți parametri. Dacă valorile măsurate sunt în limitele admisibile, la sfârșit, se memorează toate valorile parametrilor în baza de date (fig.6).

Diagnosticarea se poate realiza si parțial fie pentru determinarea stării sistemului de izolație (fig. 11), fie pentru determinarea stării înfășurărilor (fig. 12), fie pentru determinarea principalelor caracteristici electrice (fig. 13), fie pentru determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse (fig. 14), fie

2009-00420-0 4 -06- 2009 pentru determinarea stării echipamentului (fig. 15), prin câte o sub-aplicație de diagnosticare a datelor DiagElectric specifică.

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea stării sistemului de izolație, conform fig. 11, constă din pasul P23 la care se pornește sub-aplicația specifică DiagElectric, la pasul P24 se introduc datele de intrare specifice sistemului de izolație ca: rezistențe de izolație, capacitate, tangenta unghiului de pierderi a înfășurărilor; rezistențe de izolație anexe ca lagăre, bloane, traductoare etc.; încercări cu tensiune mărită; determinări globale ca descărcări parțiale, curenți de absorbție/resorbție, vibrații, termografie etc., la pasul P25 se calculează rata de creștere a capacității, la pasul P26 se realizează comparația dintre parametrii sistemului de izolație ca: rezistențele de izolație cu valorile limită, tangenta unghiului de pierderi cu valorile limită, dacă a rezistat la încercările cu tensiune mărită, nivelul vibrațiilor cu cel limită, nivelul descărcărilor parțiale cu cele limită, curba curenților de absorbție cu cea inițială, cu valori impuse de CEI, la pasul P27 se afișează date și alarme (dacă este cazul), iar la ultimul pas P28 se oprește sub-aplicația specifică DiagElectric.

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea stării înfășurărilor, conform fig. 12, constă din pasul P29 la care se pornește sub-aplicația specifică DiagElectric, la pasul P30 se introduc datele de intrare specifice înfășurărilor ca: rezistențe ohmice stator, rezistențe ohmice rotor, la pasul P31 se calculează eroarea între faze și eroarea pe aceeași fază, la pasul P32 se realizează comparația dintre parametrii înfășurărilor ca: rezistențele ohmice cu valorile de fabrică, erorile cu valorile limită, cu valori impuse de CEI, la pasul P33 se afișează date și alarme (dacă este cazul), iar la ultimul pas P34 se oprește subaplicația specifică DiagElectric.

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea principalelor caracteristici electrice, conform fig. 13, constă din pasul P35 la care se pornește sub-aplicația specifică DiagElectric, la pasul P36 se introduc datele de intrare specifice principalelor caracteristici electrice ca: curentul de mers în gol, curentul de pornire, cuplul de pornire, vibrații, timp de pornire, la pasul P37 se realizează comparația dintre parametrii principalelor caracteristici electrice ca: curentul de mers în gol, curentul de pornire, cuplul de pornire, timpul de pornire, nivelul vibrațiilor, cu valorile prescrise sau impuse, la pasul P38 se afișează date și alarme (dacă este cazul), iar la ultimul pas P39 se oprește sub-aplicația specifică DiagElectric

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse, conform fig. 14, constă din pasul P40 la care se pornește sub-aplicația specifică DiagElectric, la ¢-- 2 0 0 9 - 0 0 4 2 0 -Ο 4 -06- 2009 pasul Ρ41 se introduc datele de intrare specifice sistemului de răcire etc. ca: stare sistem de răcire, valoare întrefier, rezistențe ohmice ale reostatelor de pornire etc., la pasul P42 se realizează comparația dintre parametrii sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse ca: starea sistemului de răcire cu cea normală, valoarea întrefierului cu cea prescrisă, valoarea rezistențelor ohmice cu cele prescrise, la pasul P43 se afișează date și alarme (dacă este cazul), iar la ultimul pas P44 se oprește sub-aplicația specifică DiagElectric.

Sub-aplicația de diagnosticare a datelor off-line DiagElectric pentru determinarea stării echipamentului, conform fig. 15, constă din pasul P45 la care se pornește sub-aplicația specifică DiagElectric, la pasul P46 se introduc datele de intrare specifice stării echipamentului ca: calificative de la fiecare bloc de analiză, rapoarte de expertiză, analize etc., la pasul P47 se calculează calificativul general, se determină durata de viață rămasă și se precizează timpul de mentenanță, la pasul P48 se afișează date și alarme (dacă este cazul), iar la ultimul pas P49 se oprește sub-aplicația specifică DiagElectric.

Aplicația specializată de monitorizare și diagnosticare, conform invenției, permite o evaluare a tuturor parametrilor la un moment dat, precum și evoluția acestora în timp. Cu alte cuvinte, evoluția fiecărui parametru, pe lângă faptul că este comparată cu valoarea limită (afișându-se și un mesaj de eroare în cazul depășirii acesteia), este monitorizată, putând fi vizualizată în orice moment. Se reușește, pe lângă realizarea unei excelente baze de date, și urmărirea evoluției fiecărui parametru, putându-se diagnostica corect și fără echivoc starea mașinii monitorizate.

Cu ajutorul acestei aplicații specializate, pentru monitorizarea și diagnosticarea mașinilor electrice de putere, conform inveției, se poate determina cu precizie starea acestora și rezerva duratei de viață, asigurând cunoașterea (vizualizarea) stării mașinilor electrice în orice moment. De asemenea, se pot prelucra datele în scopul stabilirii tendinței de evoluție în timp a parametrilor mașinilor electrice.

Determinarea stării mașinii electrice cuprinde:

a) Analiza de încercări cu tensiune alternativa unde se urmăresc următorii parametri: verificarea la tensiunea de ținere; capacitatea și tangenta unghiului de pierderi dielectrice; măsurarea zgomotului și a vibrațiilor; determinarea nivelului descărcărilor parțiale.

b) Analiza de încercări cu tensiune continua unde se urmăresc următorii parametri: măsurarea rezistențelor de izolație și a coeficienților de absorbție; verificarea nivelului de ținere; încercări cu tensiune de impuls; măsurarea rezistenței ohmice.

c) Analiza încercări nestandardizate unde se urmăresc parametrii prin tehnica wavelet sau metoda CABS.

Sub-aplicația de diagnosticare și analiză pentru estimarea duratei de viață rămase (conform fig. 16) constă într-un prim pas P50 in care se introduc rezultatele măsurătorii off-line, la pasul P51 se introduc rezultatele obținute la analiza off-line ca: încercări cu tensiune alternativă, încercări cu tensiune continuă, încercări nestandarduzate, la pasul P52 se realizeză analiza rezultatelor, la pasul P53 se introduce istoricul mașinii electrice supravegheate, la pasul P54 se introduc datele generale și statistice ca: puncte slabe, rată de defect, aprecieri făcute de experți, alte date statistice, la pasul P55 se calculează probabilitatea de defect, la pasul P56 se calculează analiza siguranței în exploatare, iar la ultimul pas P57 se calculează valoarea estimată a duratei sigure de viață rămase.

Estimarea duratei de viață rămase se va efectua pe baza modelului din fig. 16, luând în considerare și rezultatele determinării stărilor mașinilor electrice prin monitorizare off-line. Conform analizei off-line (realizată cu ajutorul monitorizării offline), prima problemă care se pune este determinarea stării mașinii electrice. Rezultatele obținute la determinarea stării mașinii electrice cu ajutorul monitorizării off-line sunt analizate pentru a putea estima atingerea limitelor de către aceștia. Urmează analiza globală a parametrilor pentru fiecare componentă a mașinii, rezultând o concluzie (starea unității, gradul de îmbătrânire). Pe baza datelor generale și statistice se pot determina, în funcție de analiza efectuată, rate de defect. Urmează analiza din punctul de vedere al siguranței în exploatare. Analiza rezultatelor împreună cu probabilitățile de defect din viața mașinii electrice asigură estimarea duratei sigure de viață a mașinii electrice.

Exemplul de realizare a invenției, prezentat mai sus, nu este în nici un caz unul limitativ, existând și alte modalități de realizare a sistemului și metodei de monitorizare și diagnosticare fără a ieși din cadrul invenției de față.

Claims (5)

1. ^2009-004200 A -06- 20.9 fi

   REVENDICĂRI

   1. Sistemul de monitorizare și diagnosticare a sistemelor de izolație ale mașinilor electrice de medie și mare putere, caracterizat prin aceea că este constituit dintr-un bloc senzori de temperatură (BSTemp), un senzor de turație (ST) care transmite semnale unui traductor de turație (TT), un bloc senzori de vibrație (BSV) care transmite semnale unui traductor de vibrații (TV), un bloc de alimentare (BA) care transmite tensiuni și curenți de alimentare unui bloc de traductoare curenți și tensiuni (BTCT), un bloc cu senzori pentru descărcări parțiale (BSDP), care transmite semnale unui server bază de date (SBD), o placă de achiziție (PA), două module de achiziție (MA1 și MA2) și un modul de conversie (MC), primul modul de achiziție (MA1) primește semnale de la blocul senzori de temperatură (BSTemp) și de la traductorul de turație (TT), semnale care prin modulul de conversie (MC) ajung la serverul bază de date (SBD), al doilea modul de achiziție (MA2) primind semnale de la bloc de traductoare curenți și tensiuni (BTCT), semnale care, prin modulul de conversie (MC), sunt transmise serverului bază de date (SBD), care mai primește semnale prin intermediul plăcii de achiziție (PA) de la traductorul de vibrații (TV).
2. 2. Metodă de monitorizare și diagnosticare, care este pusă în aplicare de sistemul de la revendicarea 1, caracterizată prin aceea că utilizează o aplicație specializată de monitorizare și diagnosticare este compusă din patru sub-aplicații specializate, astfel o sub-aplicație de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line (Eserver), o sub-aplicație de stocare on-line (Estocare), o subaplicație de vizualizare locală și la distanță on-line (EMonitor și WebConsole) și o sub-aplicație de diagnosticare off-line (DiagElectric).
3. 3. Metodă de monitorizare și diagnosticare, conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că în scopul monitorizării sub-aplicația de achiziție, transmisie și prelucrare primară a datelor on-line (Eserver) inițializează achiziția datelor (P2) de la timpul t=O, apoi se introduc datele furnizate (P3) de modulele de achiziție (MA1 și MA2), și de placa de achiziție (PA), care sunt tensiuni, curenți, temperaturi, turație, vibrații, semnale preluate de la senzorii montați pe mașina electrică supravegheată, se calculează (P4) coeficientul de încărcare, temperatura medie a înfășurării, erorile de curent și tensiune față de valorile nominale, erorile temperaturilor măsurate față de temperatura nominală, iar la ultimul pas (P5) se realizează incrementarea timpului cu Δί la sfârșitul achiziției și prelucrării primare a datelor, după care se revine la al doilea pas (P2) de unde se reia o nouă achiziție de date de la un alt moment de timp, după care sub-aplicația de stocare on-line ίΧ-2 Ρ ίι 9 ~ Ο Ο 4 2 Ο - Ο 4 -06- >[Π9 (Estocare) introduce datele (Ρ8) furnizate de sub-aplicația de achiziție (Eserver), stochează datele (P9) primite în serverul baza de date (SBD), precum și stochează (P1O) alarmele, dacă este cazul, iar sub-aplicația de vizualizare locală și la distanță on-line (EMonitor și WebConsole) vizualizează (P15) blocurile de încărcare, descărcări parțiale, vibrații, durată de viață rămasă, iar la pasul P17 se realizează incrementarea timpului cu At la sfârșitul vizualizării on-line a datelor după care se revine la pasul de inițializare a vizualizării (PI3) de unde se reia o nouă vizualizare de date de la un alt moment de timp.
4. 4. Metodă de monitorizare și diagnosticare, conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că în scopul diagnosticării stării mașinii electrice supravegheate sub-aplicația de diagnosticare off-line (DiagElectric) introduce toate datele mașinii electrice (P19) supravegheate ca: rezistențe de izolație, capacitate, tangenta unghiului de pierderi a înfășurărilor; rezistențe de izolație anexe ca lagăre, bloane, traductoare etc., încercări cu tensiune mărită; determinări globale ca descărcări parțiale, curenți de absorbție/resorbție, vibrații, termografie etc., rezistențe ohmice ale înfășurărilor, caracteristici electrice la mers în gol, la pornire etc., stare sistem răcire, diverse alte caracteristici ca valoare întrefier etc., apoi (P2O) se realizează determinarea stării sistemului de izolație, determinarea stării înfășurărilor, determinarea principalelor caracteristici electrice, determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse, după se realizează diagnosticarea (P21) stării echipamentului, iar la ultimul pas (P22) se oprește sub-aplicația de diagnosticare DiagElectric
5. 5. Metodă de monitorizare și diagnosticare, conform revendicării 2 și 4, caracterizată prin aceea că în scopul realizării unor diagnosticări parțiale subaplicația de diagnosticare off-line (DiagElectric) conține mai multe sub-aplicații de diagnosticare a datelor off-line specifice (DiagElectric) pentru determinarea stării sistemului de izolație, pentru determinarea stării înfășurărilor, pentru determinarea principalelor caracteristici electrice, pentru determinarea stării sistemului de răcire și a unor caracteristici diverse, pentru determinarea stării echipamentului sau pentru estimarea duratei de viață rămase.