Рисунок 1 - HYDROCAL 1002
С начала 70-х годов ведется разработка различных способов мониторинга трансформаторов; некоторые из них в 1978г. были внесены в реестр стандартов IEEE-standard С57.104. Данные способы используются для различных целей, и их стоимость значительно варьируется в плане стоимости, как самих систем, так и их установок и технического обслуживания. Методы мониторинга, предложенные разными поставщиками, можно разделить на четыре группы: • применение датчиков для определения газов в масле; • использование лабораторий на участке; • использование систем мониторинга и управления трансформаторами; • применение портативного оборудования.
Каждую из групп рассмотрим более подробно.
1. Основное преимущество датчиков — относительно низкая стоимость самого продукта. Для некоторых методов для создания искусственной циркуляции масла не требуются насосы и трубки, а применяется естественная циркуляция масла в трансформаторе. В этом случае стоимость установки очень низкая. Вследствие того, что датчикам определения газов в масле вряд ли необходимо техническое обслуживание, эта продукция получила широкое применение.
Энергетическим компаниям для любых трансформаторов требуются датчики определения газов в масле выше определенного уровня мощности.
В зависимости от принципа измерения, большинство датчиков определения газов в масле измеряют только водород (Н2) или комбинированную суммарную величину водорода (Н2), оксид углерода (СО), ацетилен (С2Н2) и этилен (С2Н4). Некоторые могут дополнительно определять влагосодержание масла. Тем не менее, эти ограничения, так же, как и относительно высокая погрешность измерений, не уменьшили популярность датчиков, поскольку главная цель их установки — это определение первых признаков неисправности трансформаторов (намного раньше, чем срабатывание газового реле). Для точного и подробного анализа характера неисправности потребуется не только лабораторный анализ, но и знания профессиональных экспертов.
2. Главное преимущество лабораторий — их возможность выполнять анализ (по отдельности) большего количество газов, чем это возможно при помощи датчиков измерения газов, особенно в углеводородных сочетаниях, например: ацетилен (С2Н2), этилен (С2Н4), метан (СН4) и этан (С2Н6). В зависимости от отдельных методов и подходов, которые используются различными поставщиками, возможно получение более точных результатов анализа.
Однако относительно высокие стоимости самой продукции, а также установки и технического обслуживания все-таки ограничивают успех использования лабораторий на участке. В основном по той причине, что для систем требуется дополнительная установка трубок вне трансформатора для передачи образцов масла из трансформатора в систему и обратно в трансформатор. Поток масла должен поддерживаться насосом, который также требует постоянного технического обслуживания. Некоторые методы основываются на газохроматографической технологии, и поэтому необходима постоянная поверка и замена газов-носителей. Иные методы, основанные на (оптической или акустической) инфракрасной спектроскопии, должны справляться с тем недостатком, что самый важный газ — водород (Н2) — невозможно измерить точнее чем при использовании датчиков измерения газов в масле.
3. Основное отличие мониторинга трансформаторов от систем управления (МТСУ) в том, что эти системы не имеют встроенных датчиков или измерительных функций, а используют внешние датчики для различных характеристик трансформаторов, например температуры масла (высокой, низкой, средней), температуры окружающей среды, влагосодержания масла, содержания газов в масле, напряжений и токов, положение переключателя ответвлений обмоток трансформатора, энергопотребления привода двигателя. Эти датчики либо уже находятся на трансформаторе, либо должны устанавливаться при установке МТСУ.
Главный недостаток МТСУ — это относительно высокая стоимость установки системы. Если потребуется информация о содержании газов в масле, то к стоимости системы добавится стоимость либо датчиков определения газов в масле, либо лабораторий, используемых на участке.
4. Применение портативного оборудования. Прежние методы основывались на той же технологии, которая использовалась при применении некоторых датчиков определения газов в масле. Последние же разработки предлагают проведение анализа нескольких газов, включая сочетания углеводорода, и дают возможность для последующего вычисления коэффициентов согласно IEEE С.57.104-1991.
Главное преимущество портативного оборудования в том, что результаты анализов могут быть получены сразу же после взятия образца масла. Некоторые энергетические компании используют портативное оборудование как инструмент для проведения регулярных анализов небольших по размеру трансформаторов, когда установка датчиков для измерения газов в масле или использование лабораторий на участке экономически невыгодны.
Одним из основных свойств портативного оборудования является то, что оно не используется для непрерывного мониторинга трансформаторов, и поэтому не предоставляет последовательной информации по мониторингу. Также некоторые методы основываются на инфракрасной спектроскопии (оптической или акустической) и не дают точной информации по содержанию водорода (Н2), как это делают датчики определения газов в масле.
Основная цель создания устройства HYDROCAL 1002 — это объединение максимального количества преимуществ различных методов мониторинга трансформаторов, и сведение к минимуму возможных недостатков. HYDROCAL 1002 основывается на доказанных методах отбора газа и циркуляции масла и использует новую технологию датчиков, которая необходима для достижения высокой производительности и лучших результатов чем при уже используемых методах.
При использовании различных методов мониторинга трансформаторов HYDROCAL 1002 имеет ряд преимуществ: — анализ водорода (Н2),растворенного в масле; — индивидуальный анализ оксида углерода (СО), растворенного в масле; — использование естественной циркуляции масла в трансформаторе (не требуется никаких внешних трубок для масла или насосов); — система не требует технического обслуживания; — 8 аналоговых вводов 4—20мА/0—10В для других датчиков трансформатора (например, для высшей температуры масла, нижней температуры масла, влагосодержания масла, окружающей температуры, напряжения, токов и т.п.); — 12 цифровых/релейных выходов для конфигурируемых аварийных сигналов; — 4 аналоговых выхода 4—20мА для определения содержания Н2 и СО и для других конфигурируемых параметров трансформатора; — вычисление активного участка и скорости старения согласно IEC 60354; — встроенный GSM или аналоговый модем для дистанционного управления, конфигурации и оперирования аварийными сигналами.
Таблица 1 - Основные технические данные HYDROCAL 1002
| Параметр | Технические данные |
| Измеряемые газы Диапазон измерений Водород Н2 Оксид углерода СО Точность измерения Водород Н2 Оксид углерода СО | 0 ...2.000 ррт 0 ...2.000 ррт ±15% измеряемой величины ±25 ррт ± 20% измеряемой величины ±25 ррт (отнесено на температуру масла ±55 С) |
| Интервал измерения | 20 мин |
| Рабочая температура Температура масла Температура среды Температурный коэффициент | -20 ...±90°С -50 ...±55°С (ниже -10 С индикация заблокирована) 1%/градус |
| Давление масла | 0 - 800 кРа, (вакуум не допускается) |
| Функции | Раздельный анализ газа в масле для Н2 и СО Анализ тренда (в виде диаграммы или в табличном виде) Конфигурация уровней аварийных сигналов Коммуникация посредством RS 232 и модема (GSM, аналоговый модем) с ПК; программное обеспечение совместимое с Microsoft Windows |
| Выходы 2 аналоговых выхода 2 аналоговых выхода 12 цифровых выходов | 0 ... 20mA (Содержание Н2) 0 ... 20mA (Содержание СО) 0 ... 20mA (свободно конфигурируемы) 4 релейных выхода 12 В 8 оптронов Аварийный сигнал Н2 (Н) (первый уровень) Аварийный сигнал Н2 (НН) (второй уровень) Аварийный сигнал СО (Н) Аварийный сигнал СО (НН) |
| Входы 4 аналоговых входа 4 аналоговых входа | 0 (или 4) ... 20 мА 0 (или 4) ... 20 мА/0 ... 10В (выбор перемычками) |
| Газ в масле | 4 встроенных датчика газа (избыточная система) 2 Н2, 2 СО |
| Индикация содержания | 2 встроенных датчика температуры (температуры масла, и газа) |
| Коммуникация | RS 232/ RS 485 (полудуплексный) Встроенный модем (GSM. 14.4 кБит/аналоговый 56 кБит) |
| Степень защиты | IP 55 |
| Напряжение питания | 110 В / 230 В ± 20%, максимум 350 В А, 50/60 Hz |
| Габариты | Приблизительно (ш) 215 х (в) 215 х (г) 215 мм |
| Вес | Приблизительно 8 кг |
Устройство имеет функции усовершенствованного мониторинга трансформаторов и управляющих систем (МТСУ), например вычисление активного участка повреждения и скорости нарастания концентрации газов.
Надежность и пригодность устройства HYDROCAL 1002 для использования на участке доказана на практике с помощью более чем 100 приборов, установленных во всем мире, включая такие страны, как Швеция (с зимней температурой воздуха -20°С) и Турция (с летней температурой воздуха выше +40°С).
Рисунок 2 - HYDROCAL 1002
Одним из основных преимуществ HYDROCAL 1002 является быстрая установка устройства без необходимости вывода трансформатора из эксплуатации. После простого обучения и монтажа, выполненного специалистом производителя, операторы трансформаторов смогут сами установить устройство.
При установке и монтаже HYDROCAL 1002 возможны варианты (рисунок 3).
Был проведен расширенный долгосрочный анализ различных установок HYDROCAL 1002 на трансформаторах по всей Европе. Результаты анализа измерения водорода (Н2) и оксида углерода (СО) сравнили с результатами лабораторных анализов образцов масла, взятых одновременно. Чтобы получить максимально независимые результаты анализа, были выбраны лаборатории с высокой репутацией, такие, как ABB (Ludvika, Швеция), GATRON (Greifswald, Германия) и TDZ Elotec (Molbergen, Германия).
Рисунок 3 - Варианты установки и монтажа HYDROCAL 1002
На рисунке 4 показаны результаты по трансформаторам 380 кВ /154 кВ (150 МВА), которые представляли особый интерес во время оценки HYDROCAL 1002; лабораторный анализ проводился примерно раз в неделю, а иногда даже каждый день на протяжении 2005 г.
Рисунок 4 - Результаты по трансформаторам 380кВ/154кВ(150МВА)
Все результаты анализа подтверждают, что HYDROCAL 1002 полностью выполняет анализ газов в масле в соответствии с его спецификациями: 15% для водорода (Н2) и 20% для оксида углерода (СО), учитывая дополнительную абсолютную погрешность в 25ppm, для покрытия типичных погрешностей анализа при очень низкой концентрации газа.
HYDROCAL 1002 применяется многими ведущими энергопредприятиями мира, а именно: NW Monchengladbach (Германия), SYDKRAFT Arries (Швеция), GATRON Грейфсвальд (Германия, лабораторная установка), TRANSELECTRICA (Румыния), EWE Ольденбург (Германия), BAUR Sulz (Австрия) и др. Главное управление компании МТЕ AG находится в г. Цуг (Швейцария) производство — в Германии, подразделения размещены в Китае, Индии, Великобритании, России, Украине.
