Датчик температуры трансформатора

TDM-M – система мониторинга сухих и маслонаполненных силовых трансформаторов с рабочим напряжением до 110 кВ

Из всего имеющегося парка силовых трансформаторов, находящихся в эксплуатации, значительную часть составляют понижающие трансформаторы с рабочим напряжением 6, 10 и 35 кВ, обеспечивающие питание конечных потребителей электроэнергии. Обычно это маслонаполненные силовые трансформаторы, входящие в комплект КТП, хотя в настоящее время все чаще на практике для этих же целей начинают применяться сухие силовые трансформаторы, которые обладают рядом конструктивных и эксплуатационных преимуществ.

Силовые трансформаторы с рабочим напряжением до 110 кВ обычно оснащаются минимальным набором средств РЗА и практически никогда на них не монтируются системы диагностического мониторинга, хотя технологическая важность таких трансформаторов бывает значительной. Причина этого достаточно проста – стоимость таких трансформаторов сравнительно невелика, и монтировать на них «обычные» системы мониторинга, предназначенные для трансформаторов высших классов рабочего напряжения, экономически нецелесообразно.

Для оснащения понижающих силовых трансформаторов с рабочим напряжением до 110 кВ предназначена система мониторинга марки «TDM-M » (T ransformer D iagnostics M onitor – M ini), оптимально сочетающая в себе широкий набор функциональных диагностических возможностей с минимальной стоимостью системы.

Особенности организации мониторинга трансформаторов с напряжением до 110 кВ

В отличие от диагностических систем, предназначенных для непрерывного мониторинга силовых трансформаторов высших классов напряжений, при создании систем мониторинга трансформаторов с рабочим напряжением до 110 кВ необходимо обязательно учитывать их основные конструктивные и функциональные отличия.

Во-первых, высоковольтные вводы таких силовых трансформаторов, за редким исключением, не имеют измерительных выводов от последней выравнивающей обкладки (если выравнивающие обкладки внутри изоляции вообще имеют место в таких вводах), поэтому подсистема мониторинга состояния вводов отсутствует.

Во-вторых, при максимальных рабочих напряжениях в обмотках трансформатора в 35, а тем более 10 кВ, проблемы с изолирующим (и охлаждающим) маслом в баке трансформатора возникают крайне редко. По этой причине системы контроля растворенных газов в масле никогда не ставятся на таких трансформаторах, а контроль влагосодержания в масле важен, но применяется редко из-за высокой стоимости.

В-третьих, для получающих все большее практическое применение сухих силовых трансформаторов, большое значение имеет наличие в системе мониторинга подсистемы регистрации и анализа частичных разрядов в твердой изоляции обмоток. Появление частичных разрядов в такой изоляции является наиболее достоверным признаком возникновения и развития деструктивных процессов в трансформаторе.

Функциональные возможности системы мониторинга «TDM-M»:

1. Контроль токов нагрузки трансформатора. Знание нагрузки трансформатора важно для технологической оптимизации эксплуатации трансформатора, позволяет избежать длительных перегрузок, добиваться симметричной нагрузки по фазам трансформатора.
2. Регистрация высокочастотных и импульсных токов, включая токи короткого замыкания, контроль перенапряжений. При помощи этой важной функции можно контролировать все анормальные режимы, сопровождающие эксплуатацию трансформатора. Система регистрирует амплитуду и форму сквозных импульсных токов через трансформатор, что позволяет контролировать динамические нагрузки на обмотки трансформатора, определять эффективность работы систем защиты оборудования от коротких замыканий.
3. Контроль гармонического состава питающего напряжения. Использование этой диагностической функции, совместно с контролем уровня напряжения и наличия перенапряжений, позволяет оперативно оценивать качество питающего напряжения.
4. Контроль температурных режимов работы трансформатора. Для маслонаполненных трансформаторов это контроль температуры бака контактным датчиком, а для сухих силовых трансформаторов такой контроль осуществляется при помощи инфракрасных датчиков, контролирующих внешнюю температуру фазных обмоток.
5. Контроль частичных разрядов в изоляции трансформатора. Для регистрации частичных разрядов в изоляции обмоток трансформаторов используются специальные электромагнитные датчики, работающие в СВЧ диапазоне частот. Именно благодаря такому выбору частотного диапазона удается максимально эффективно отстраиваться от высокочастотных помех, особенно коронных разрядов, частота которых существенно ниже этого диапазона.
6. Контроль вибрации поверхности бака маслонаполненного трансформатора (магнитопровода сухого трансформатора). Увеличение вибрации трансформатора обычно говорит о том, что в его конструкции возникли и развиваются механические ослабления различного типа и природы.
7. Контроль температуры и влажности окружающего воздуха. Зная количество тепла, выделяемого обмотками и сердечником трансформатора при протекании токов нагрузки, и параметров окружающей среды, можно достаточно просто оценить эффективность работы системы охлаждения.

Математические модели и программное обеспечение мониторинга «iNVA-M»

Информация от датчиков первичной информации, смонтированных на трансформаторе, регистрируется, обрабатывается и хранится в приборе «TDM-M». Эту информацию можно просмотреть на экране прибора или перенести в персональный компьютер, используя интерфейс «USB». Информация также может оперативно передаваться при помощи оптической линии или по витой паре, используя интерфейс RS-485.

АРМ системы мониторинга на персональном компьютере может контролировать несколько трансформаторов, на каждом из которых должна быть смонтирована система «TDM-M». Основу автоматизированного рабочего места мониторинга трансформаторов составляет специализированное программное обеспечение «iNVA-M». При помощи этого ПО производится обработка, отображение и архивирование информации о состоянии трансформатора. При необходимости вся информация или ее наиболее значимая часть может передаваться в системы АСУ-ТП более высокого уровня.

Для получения диагностических заключений о состоянии контролируемого трансформатора в ПО «iNVAM» используются специальные диагностические алгоритмы и математические модели, оценивающие техническое состояние, как отдельных локальных подсистем, так и всего трансформатора.

Вся необходимая информация о работе трансформатора, как первичная, так и специально обработанная, отображается на экране компьютера АРМ в цифровом значении и в виде стандартных светофоров состояния - «зеленый», «желтый», «красный», предназначенных для оперативного персонала. Специальный диагностический персонал может проводить углубленную многофакторную обработку трендов и диагностических заключений.

Особенности конструкции «TDM-М»

Все элементы и датчики системы мониторинга марки «TDM-М» рассчитаны на работу в промышленном диапазоне температур от - 40° С и монтируются в шкафу. Это позволяет даже без использования устройств дополнительного подогрева монтировать первичные датчики и все диагностическое оборудование непосредственно рядом с контролируемым трансформатором.

Стандартно система «TDM-M» поставляется в покрашенном защитном шкафу из нержавеющей стали, в котором монтируется сам измерительный прибор и контактные клеммники. При необходимости в шкафу может быть смонтирована дополнительная система подогрева, тогда допустимая внешняя температура для системы достигает уже – 50 градусов.

Для передачи информации от прибора в локальную вычислительную сеть АСУ-ТП более высокого уровня в системе «TDM-M» используются оптический кабель. Предусмотрено использование для целей передачи информации в АСУ-ТП и интерфейса RS-485.

Комплект поставки системы «TDM-М»

Объем стандартного комплекта поставки системы мониторинга марки «TDM-M», предназначенной для трансформаторов с рабочим напряжением до 110 кВ, включает в себя:

• Прибор системы мониторинга в защитном шкафу, позволяющем производить монтаж рядом с контролируемым трансформатором.
• Набор первичных датчиков и каналов измерения, зависящий от типа и рабочего напряжения силового трансформатора.

Главная Каталог ТМТ2 Дополнительно о приборе

Прибор мониторинга температуры трансформатора ТМТ2

Прибор температурного мониторинга ТМТ2 является модернизацией приборов ТМ-1 и ТМТ-1.

ТМ-1 обеспечивает мониторинг температуры верхних слоев масла, управление системой охлаждения, предупредительную и аварийную сигнализацию по температуре масла.

ТМТ-1 обеспечивает мониторинг температуры масла и ННТ обмотки, управление охлаждением по температуре ННТ обмотки, предупредительную и аварийную сигнализацию по температуре обмотки и температуре масла.

Оба прибора имеют унифицированные токовые выходы 4-20 мА и интерфейсы для использования информации о температуре трансформатора в дистанционных системах мониторинга.

Модернизированный прибор выполняет следующие функции:

- мониторинг температуры верхних слоев масла;

- мониторинг температуры ННТ нерасщепленной или двух ветвей расщепленной обмотки

трансформатора;

- расчет остаточного термического ресурса изоляции трансформатора по величине

температуры ННТ обмотки;

- мониторинг уровня масла в расширителе трансформатора и отсеке РПН;

- сигнализация о наличии утечки масла из трансформатора или устройства РПН.

Прибор оснащен токовыми унифицированными выходами и интерфейсом для связи с АСУ-ТП.

Выбор конфигурации прибора обеспечивается его программированием перед использованием на месте эксплуатации и зависит от количества используемых датчиков информации.

В схему контроля уровня масла ТМТ-2 входят датчик температуры масла в баке трансформатора и датчик давления столба масла в расширителе. Прибор измеряет относительные значения уровня масла в расширителе и имеет более высокую точность чем стрелочные маслоуказатели.

Так же в ТМТ2 предусмотрен контроль за уровнем заливки масла в соответствии с климатическим исполнением трансформатора.

При контроле сравнивается реальный уровень масла в расширителе с расчетным значением. Звуковой сигнал (сирена) предупредит оператора (заранее, при 95% уровня заливки) о приближении окончания процесса заливки и его завершении (100%).

В процессе эксплуатации уровень масла контролируется не только на превышение или понижение предельных уровней масла в расширителях трансформатора и отсека РПН, но и ведется контроль утечки масла.

Предупредительный сигнал «УТЕЧКА МАСЛА» заранее оповещает дежурный персонал при отклонении на 10% от расчетного значения. Таких функций нет в приборах аналогичного класса.

На устройство контроля уровня масла и утечки получено положительное решение 2008104262/09, дата приоритета 04.02.2008г. (патент № 2393567 ).

В интересах заказчика разработано несколько исполнений прибора, которые позволяют полное или частичное использование заложенных функций. Так исполнения ТМТ2-40 и ТМТ2-30 являются полными аналогами приборов ТМ-1 и ТМТ-1 соответственно и предназначены для их замены в связи с прекращением производства ряда входящих в их состав покупных элементов. Исполнение ТМТ2-20 предназначено для контроля температуры масла и индикации уровня и утечки масла из бака трансформатора (т.е. аналог ТМ-1 и маслоуказателя ).

ТМТ2 - универсальное исполнение прибора, конфигурацию которого можно менять в зависимости от типа трансформатора - от наличия или отсутствия устройства РПН, от типа обмотки - расщепленная или нерасщепленная обмотка трансформатора. Это позволяет сократить количество исполнений шкафов охлаждения .

Приборы мониторинга температуры трансформатора ТМТ2 зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений РФ под № 54481-13. Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.32.005.A под №51864. выдано Федеральным Агентством по техническому регулированию и метрологии 16 августа 2013 года.

Тепловизионный контроль силовых трансформаторов

Тепловизионный контроль применительно к силовым трансформаторам является вспомогательным методом диагностики, обеспечивающим наряду с традиционными методами (измерение изоляционных характеристик, тока холостого хода, хроматографического анализа состава газов в масле и др.) получение дополнительной информации о состоянии объекта.

Опыт проведения ИК-диагностики силовых трансформаторов показал, что с ее помощью можно выявить следующие неисправности:

возникновение магнитных полей рассеивания в трансформаторе за счет нарушения изоляции отдельных элементов магнитопровода (консоли, шпильки и т.п.);

нарушение в работе охлаждающих систем (маслонасосов, фильтров, вентиляторов и т.п.) и оценка их эффективности;

изменение внутренней циркуляции масла в баке трансформатора (образование застойных зон) в результате шламмообразования, конструктивных просчетов, разбухания или смещения изоляции обмоток (особенно у трансформаторов с большим сроком службы);

нагревы внутренних контактных соединений обмоток НИ с выводами трансформатора;

витковое замыкание в обмотках встроенных ТТ; ухудшение контактной системы некоторых исполнений РПН и т.п. Возможности ИК-диагностики применительно к трансформаторам недостаточно изучены. Сложности заключаются в том, что, во-первых, тепловыделения при возникновении локальных дефектов в трансформаторе "заглушаются" естественными тепловыми потоками от обмоток и магнитопровода, а, во-вторых, работа охлаждающих устройств, способствующая ускоренной циркуляции масла как бы сглаживает температуры, возникающие в месте дефекта.

При анализе результатов ИК-диагностики необходимо учитывать конструкцию трансформаторов, способ охлаждения обмоток и магнитопровода, условия и продолжительность эксплуатации, технологию изготовления и ряд других факторов.

Поскольку оценка внутреннего состояния трансформатора тепловизором осуществляется измерением значений температур на поверхности его бака, необходимо считаться с характером теплопередачи магнитопровода и обмоток. Кроме того, источниками тепла являются:

массивные металлические части трансформатора, в том числе бак, прессующие кольца, экраны, шпильки и т.п. в которых тепло выделяется за счет добавочных потерь от вихревых токов, наводимых полями рассеивания;

токоведущие части вводов, где тепло выделяется за счет потерь токоведущей части и в переходном сопротивлении соединителя отвода обмотки; контакты переключателей РПН.

Условия теплопередачи, характер распределения температур в трансформаторах различного конструктивного исполнения подробно освещены в технической литературе. Применительно к наиболее распространенной конструкции трансформаторов с естественной циркуляцией масла (системы охлаждения М и Д) характер изменения температуры по высоте трансформатора и в горизонтальном сечении приведен на рис. 1.

Отвод тепловых потерь от магнитопровода и обмоток к маслу и от последнего к системе охлаждения осуществляется путем конвекции. Зоны интенсивного движения масла имеются только у поверхностей бака трансформатора, где происходит теплообмен. Остальное масло в баке трансформатора находится в относительном покое и приходит в движение при изменении нагрузки или температуры охлаждающего воздуха.

Рис. 1. Характер изменения температуры в силовом трансформаторе:

а — изменение температуры по высоте; б — распределение температуры в горизонтальном сечении

1 — температура масла; 2 — температура стенок бака; 3 — температура обмотки; 4 — температура магнитопровода; 5 — магнитопровод; 6 — обмотка НН; 7 — обмотка ВН; 8 — стенка бака; 9 — масло; 10 — воздух

В соответствии с п. 5.3.13 ПТЭ температура верхних слоев масла при номинальной нагрузке должна быть не выше:

75°С у трансформаторов и реакторов с охлаждением ДЦ;

95°С у трансформаторов с естественным масляным охлаждением и охлаждением Д; 70 °С у трансформаторов с охлаждением Ц (на входе в маслоохладитель). Согласно * в трансформаторах с системами охлаждения М и Д разность между максимальной и минимальной температурами по высоте трансформатора составляет 20 — 35 °С.

Перепад температур масла по высоте бака в трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц находится в пределах 4-8 °С. Однако, несмотря на такое выравнивание температур масла по высоте бака, теплоотдача от обмоток все же осуществляется путем естественной конвекции масла. Это означает, что температура катушек в верхней части обмоток будет значительно выше, чем в нижней.

Таким образом, если в трансформаторах с естественной циркуляцией масла температура верхних слоев масла и температура в верхних каналах обмотки примерно одинаковы, то в трансформаторах с принудительной циркуляцией масла в баке будет иметь место значительный перепад между температурой масла в верхних каналах обмоток и температурой верхних слоев масла в баке. Поэтому в трансформаторах с естественной и принудительной циркуляцией масла наиболее нагретыми являются верхние катушки обмоток, изоляция которых стареет быстрее, чем нижних катушек.

В * отмечается, что при оценке нагрева масла в трансформаторах следует считаться с возможностью застоя верхних слоев масла и его повышенных нагревов, если расстояние между крышкой бака и патрубками радиаторов или охладителей велико (больше 200 - 300 мм). Так, при исполнении крышки "гробиком" температура масла под верхней частью крышки может превышать температуру масла на уровне верхних патрубков охладителей примерно на 10 °С.

*Рекомендации по проведению тепловых испытаний силовых масляных трансформаторов (и автотрансформаторов) на месте их установки. — Москва: Энергия, 1972.

Таблица 1 Результаты хроматографического анализа масла из бака ATI