Периодическая диагностика электрооборудования трансформаторных подстанций под рабочим напряжением

Обновлено: 02.05.2024

Трансформаторные подстанции (ТС), выступающие ключевым узлом любой энергосистемы, отвечают за ее бесперебойную работу, надежность и безопасность. В свою очередь, стабильного функционирования самой подстанции можно добиться только при помощи регулярного мониторинга и диагностики электрооборудования трансформаторного узла. Рассмотрим, что представляет собой профессиональная диагностика электрооборудования ТС, как проводится и какие методы включает.

Основные диагностические задачи

Диагностика электрооборудования трансформаторных подстанций преследует несколько целей:

оценить текущее состояние модулей, узлов и структурных элементов ТС;
поддержать стабильную работу системы для максимально надежной эксплуатации;
оценить ресурсные возможности трансформаторной подстанции и уровень риска эксплуатации каждого агрегата;
при наличии неисправности выявить ее причины, масштабы и локализацию;
определить пути решения проблемы, целесообразность устранения неполадки, проведения дополнительной диагностики, полной или частичной замены агрегатов.

Главная задача диагностирования оборудования ТС - долгосрочный прогноз технического состояния с использованием комплексного подхода, четких алгоритмов и онлайн-мониторинга.

Виды и уровни диагностирования

Технологическая диагностика трансформаторных подстанций проводится на 3-х уровнях:

Автоматизированный. Выполняется непрерывно при помощи встроенных диагностических приборов, которые выступают неотъемлемой частью узлов трансформаторной подстанции. Для проведения проверки этого уровня не требуется установка дополнительных устройств - все ключевые параметры измеряются автоматически и интерпретируются квалифицированными сотрудниками, которые отвечают за работу подстанции.
Плановый. Выполняется с определенной периодичностью, прописанной в технической документации к трансформаторной подстанции. От автоматизированной проверки плановая отличается применением специализированного диагностического оборудования и высокой сложностью работ. Для получения достоверных данных все работы выполняются под высоким напряжением специалистами, имеющими специальный допуск к такого рода деятельности. Плановый осмотр позволяет всесторонне изучить оборудование трансформаторной подстанции, выявить мельчайшие неисправности и проблемы.
Испытательно-измерительный. Проводится в том случае, когда плановая и автоматизированная диагностика не выявила причины отклонений в работе узлов подстанции. Испытания и измерения помогают уточнить сведения, полученные предыдущими осмотрами, выявить вышедшие из строя детали и оценить масштабы ремонтных работ.

Если во время диагностики были обнаружены неисправности в работе трансформаторной подстанции, специалисты проводят ремонт, тестовые испытания и финальную настройку системы.

Что касается видов диагностики электрооборудования ТС, то условно их можно разделить на 2 большие группы:

Разрушающий контроль - это совокупность методов, после использования которых объект исследования приходит в негодность (разрушается).
Неразрушающий контроль - проверка надежности объекта щадящими методами, которые не выводят его из строя и не требуют полной разборки узлов.

Для диагностики модулей трансформаторной подстанции чаще всего применяются методы неразрушающего контроля. Разрушающие используются преимущественно в ходе тестовых испытаний на этапе конструирования модулей.

Методы диагностики

Осмотр и анализ электрооборудования трансформаторных подстанций регламентируется ГОСТом 56542-2015. Он подразумевает использование неразрушающих методов контроля в сфере технического диагностирования - выявление и анализ внутренних проблем агрегатов.

Неразрушающий технический контроль узлов подстанций проводится посредством 9 базовых методов, среди которых:

Магнитные. Этими методами изучают вещества, способные менять свои характеристики под действием магнитного поля. В группу входят такие химические элементы, как никель, железо, сталь, кобальт и чугун - то есть металлы, из которых состоят базовые узлы трансформаторной подстанции. Изучение магнитных полей позволяет выявить некоторые дефекты металлических элементов и глубину их залегания.
Акустические. Используются для диагностики элементов электрооборудования, выполненных из диэлектриков, полупроводников, ферритов, тонкостенных металлов. Изучая отражение, излучение, прохождение акустических колебаний, специалисты выявляют нарушения целостности материалов - расслоения, недоклепы, непропаи, коррозии, трещины и т. п.
Радиационные. При помощи рентгеновского и гамма-излучения удается обнаружить микроскопические повреждения деталей трансформаторной подстанции - раковины, поры, трещины. Радиационные методы также направлены на изучение внутренней геометрии модулей - их отклонения от первоначальных схем и наличие зазоров. В ходе диагностики оценивается и качество поверхности элементов, в том числе наличие пленок и загрязнений материалов.
Капиллярные. В ходе диагностики применяется особая жидкость-индикатор, которая после проникновения в вещество создает характерные рисунки. Изучение рисунков помогает выявлять поверхностные и сплошные нарушения целостности материалов, в том числе межкристаллитную коррозию, поры, непровары, трещины.
Визуально-оптические. Подразумевают поверхностный осмотр электрооборудования трансформаторной подстанции - внутренних и наружных поверхностей. Оптическая диагностика не требует использования специальных приборов, поэтому направлена на обнаружение крупных дефектов - царапин, вмятин, негерметичности. Поскольку изучение деталей проводится “невооруженным глазом”, визуальный осмотр считается неточным, субъективным, предварительным методом, который предшествует инструментальной диагностике.
Тепловые. Тепловой принцип исследования подразумевает создание температурного поля вокруг изучаемого электрооборудования. Анализируя процессы теплопередачи, диагносты выявляют разного рода погрешности материалов - инородные включения, локальные перегревы, дефекты заводского литья.
Вихретоковые. Метод диагностики направлен на поиск скрытых несплошностей без прямого контакта с поверхностью. Вихретоковым преобразователем создается электромагнитное поле, которое вызывает напряжение на катушках трансформатора, позволяя проанализировать определенные изменения в материалах.
Электрические. Для диагностики электрооборудования трансформаторных подстанций используют электрическое возмущение поля или возмущения неэлектрической природы (механические, температурные). Изменения, возникающие в процессе взаимодействия материалов с электрическим полем, помогают определить глубину дефектов, выявить сквозные пробои изоляции, провести экспресс-анализ стальных элементов.
Радиоволновые. Диагностика проводится при помощи радиоволнового дефектоскопа. Прибор регистрирует изменения параметров электромагнитных колебаний сверхвысоких частот в процессе взаимодействия с исследуемым объектом. Метод позволяет выявлять различные дефекты и погрешности в диэлектриках, полупроводниках, магнитодиэлектриках и пр.

Совокупность всех методов диагностики дает возможность составить общую картину технического состояния электрооборудования подстанций, выявить мельчайшие дефекты и оценить функциональный ресурс объекта.

Алгоритм проведения тестирования

Плановую диагностику трансформаторных подстанций проводит электромонтер - проверять оборудование надлежит не менее 3-х раз в месяц. Один раз в месяц работу подстанции проверяет начальник участка в соответствии со специально разработанной картой-графиком.

Алгоритм действий проверяющих:

Осмотр силовых трансформаторов - состояние защитного кожуха, наличие повреждений, положение технологических заслонок, уровень масла и отсутствие его течей, состояние изоляторов, воздухоосушителей, заземления и вентиляторов обдува.
Визуальный осмотр распределительных элементов открытого типа - отсутствие оповещений о неисправности трансформатора, уровень давления газа и масла, состояние подвесных и опорных изоляторов, конденсаторов, заградителей, разъединителей, маслоприемников. На этом же этапе изучается состояние опорной конструкции, стоек, фундамента подстанции, целостность замков, исправность сигнализации.
Визуальный осмотр распределительных элементов закрытого типа - содержимого камер трансформаторов, отсеков линейных разъединителей, коридора управления, модулей шинного этажа, оценка состояния коммутационных линий, приборов учета электроэнергии и пр.

При выявлении неисправностей проводится более тщательная глубокая проверка электрооборудования трансформаторной подстанции с использованием радиоволновых, тепловых, электрических, акустических, капиллярных и прочих методов диагностики.

Наша компания берет на себя все обязанности по тестированию и наладке поставляемых модулей трансформаторных подстанций. Современное узкоспециализированное оборудование гарантирует высокоточный монтаж всех элементов и многоступенчатый контроль в соответствии с нормами ГОСТа.

Диагностика электрооборудования подстанций - это комплекс мер, позволяющий увеличить сроки эксплуатации электротехнического оборудования, избежать аварийных ситуаций, поломок и преждевременного износа электроустановок. Оценка технического состояния трансформаторных подстанций, своевременное выявление и устранение неполадок обеспечивают безопасную и надежную работу электрооборудования.

Выделяют 3 технологических уровня диагностики трансформаторных подстанций:

Автоматизированный контроль состояния электрооборудования по итогам мониторинга характеристик нормальных и аварийных режимов его работы.
Периодический контроль параметров оборудования, работающего в нормальном режиме. Проводится под рабочим напряжением с применением современных методов и аппаратуры.
Осуществление испытаний и измерений на отключенном электрооборудовании. Проводится при отсутствии методов и аппаратных средств, позволяющих выявить дефекты электрооборудования на 1-м и 2-м технологических уровнях или для уточнения полученных данных.

Автоматизированный технологический уровень не требует установки дополнительных датчиков и специальных устройств. Проверка КПТ выполняется на основании полученных данных от регистраторов аварий, которые встроены в системы распределительных подстанций и предприятий. Специалисты инженерного центра «ПрофЭнергия» используют данные программного обеспечения для контроля и диагностики состояния систем АСУ ТП и АИИС КУЭ. Параллельно при необходимости могут применяться специализированные системы диагностики, которые устанавливаются на электрооборудование нашими специалистами. При этом монтаж дополнительных систем диагностики осуществляется только при наличии технологического и экономического обоснования.

Второй технологический уровень — более сложный и трудоемкий процесс, требующий от специалиста особой тщательности, поскольку проверка подстанций происходит под высоким напряжением на работающем оборудовании.
Периодичность проведения такого контроля согласовывается с заказчиком при заключении договора на техническое обслуживание предприятия. Проводить такую проверку может только специалист, имеющий допуски для работы с высоковольтным оборудованием и силовыми трансформаторами.

Необходимость в третьем уровне ТП возникает в случае, если два первых не позволили выявить существующие дефекты или причины поломок, или возникла потребность уточнения диагностики в процессе более детального осмотра. На этом уровне:

определяют объем будущих ремонтных работ;
выявляют рабочие узлы, требующие замены;
проводят испытание КТП перед запуском его в эксплуатацию после окончания ремонта.

Настройка и запуск отремонтированного оборудования происходит согласно методикам, соответствующим нормам ГОСТ.

(шт)

Стоимость за ед.

(в руб.)

Цели и задачи диагностики трансформаторных подстанций

Проверка ТП выполняется с целью контроля ее состояния, поиска и анализа внутренних неисправностей. По назначению диагностика электрооборудования подразделяется на параметрическую (контроль нормируемых параметров), диагностику неисправностей и превентивную (раннее обнаружение потенциально опасных дефектов). Современные системы диагностирования охватывают все 3 направления технической диагностики, обеспечивая наиболее полную и достоверную оценку состояния электрооборудования.

В результате, диагностика и испытание КТП позволяют:

Оценить состояние диагностируемого электрооборудования.
Определить тип, масштабы, локацию и причины появления дефекта.
Принять решение о дальнейшем использовании оборудования или его замене, ремонте, дополнительном обследовании.
Оценить остаточный ресурс работы оборудования.
Поддерживать его эксплуатационную надежность.

Методы диагностирования

Различают методы неразрушающего и разрушающего контроля электрооборудования - в зависимости от того, разрушаются ли образцы изделия в процессе проверки его параметров. Чаще всего используются методы неразрушающего контроля, приведенные в таблице.

Методы контроля	Особенности
Магнитные	Регистрируются магнитные поля рассеяния над дефектами, или определяются магнитные свойства проверяемых объектов.
Электрические	Регистрируются параметры электрического поля, которое взаимодействует с объектом или возникает в нем из-за внешнего воздействия.
Вихретоковый	Анализ взаимодействия внешнего электромагнитного поля с полем вихревых токов.
Радиоволновой	Анализ взаимодействия с объектом контроля электромагнитного излучения радиоволнового диапазона.
Тепловые	Подразумевают регистрацию тепловых или температурных полей.
Визуально-оптические	Базируются на взаимодействии оптического излучения с контролируемым объектом.
Радиационные	Регистрируется и анализируется проникающее ионизирующее излучение после взаимодействия с исследуемым объектом.
Акустические	Используют упругие колебания в контролируемом объекте.
Капиллярные	Базируются на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости несплошностей материала и регистрации индикаторных следов.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» осуществляет диагностику и приемо-сдаточные испытания трансформаторных подстанций на высоком профессиональном уровне, с использованием точных приборов и наиболее подходящих методик, отвечающих требованиям ГОСТ.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ленский Даниил Евгеньевич, Мясоедов Юрий Викторович

В статье рассматриваются виды, методы цифровой диагностики высоковольтного оборудования, а также выявляется наиболее эффективный способ диагностики.The article discusses types and digital diagnostics methods for high voltage equipment, and identifies the most effective diagnostic method.

Текст научной работы на тему «Современные методы диагностики оборудования трансформаторных подстанций класса напряжения 3-1150 кВ: техническая диагностика»

Оптический экспресс-анализ дает возможность определить окисленность масел и оценить глубину их термоокислительной деструкции, выявить и дифференцировать термические и разрядно-дуговые процессы в оборудовании, установить концентрацию в масле присадки ионол.

Оптические исследования изоляционных масел в фундаментальной ИК-области позволяют определять отдельные продукты окисления в маслах, оценить деградацию их углеводородной основы, концентрацию сработавшего ионола.

Д.Е. Ленский, Ю.В. Мясоедов

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ 3-1150 КВ:

В статье рассматриваются виды, методы цифровой диагностики высоковольтного оборудования, а также выявляется наиболее эффективный способ диагностики.

Ключевые слова: цифровая диагностика, online контроль оборудования.

MODERN DIAGNOSTIC METHODS FOR THE TRANSFORMER SUBSTATIONS EQUIPMENT OF KV 3-1150 VOLTAGE CLASS: TECHNICAL DIAGNOSTICS

The article discusses types and digital diagnostics methods for high voltage equipment, and identifies the most effective diagnostic method.

Key words: digital diagnostics, online control equipment.

Техническая диагностика - это контроль работоспособности и исправности обследуемого объекта по результатам специально проводимых испытаний, измерений, наблюдений.

Результатами диагностики являются: 1) прогноз о сроках (длительности) сохранения рабочих качеств и свойств в течение последующей эксплуатации, указывается дата следующего контроля; без прогноза диагностика не может считаться полноценной; 2) выявление вида дефекта или повреждения,

его масштабов, места расположения, причины появления, что служит основой для принятия решения о восстановительном ремонте (составе ремонта, объемах, сроках проведения, т.п.) или полной замене оборудования.

Применительно к технологически сложному оборудованию трансформаторной подстанции диагностика означает контроль работоспособности каждого функционального узла или элемента оборудования, каждой его системы.

Диагностика оборудования трансформаторной подстанции высокого напряжения реализуется в следующих формах: периодический контроль с выводом контролируемого объекта из работы (offline); периодический контроль под рабочим напряжением (online); непрерывный автоматический (online) контроль (мониторинг); комплексное диагностическое обследование.

Периодический контроль под рабочим напряжением наименее затратный, но он не обеспечивает обнаружения быстро развивающихся дефектов.

Контроль с выводом оборудования из эксплуатации предоставляет большие возможности для обследования, но нарушает режим работы сети.

Автоматический контроль дает независимые от квалификации персонала результаты, позволяет отслеживать динамику изменения контролируемых параметров в реальном времени, а также рассчитывать сложные математические модели состояния конструктивных элементов оборудования.

Комплексное диагностическое обследование подразумевает формирование агрегированного результата на основании предыдущих трех форм диагностики. Принятие решения о состоянии оборудования является наиболее полным, однако период формирования результатов состояния слишком продолжителен и не позволяет своевременно реагировать на динамику изменения состояния оборудования.

Наиболее перспективной формой диагностики является непрерывный автоматический inline) контроль или непрерывный контроль.

Вместе с тем ни одна из форм диагностики не обладает абсолютными характеристиками, позволяющими максимально точно и эффективно определить тенденцию развивающегося дефекта, спрогнозировать безотказную работу при заданных условиях эксплуатации, рассчитать риски и эффективность использования оборудования при превышении номинальных эксплуатационных характеристик.

В настоящее время основными документами, регламентирующими выполнение диагностики, являются:

РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»;

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (2003г.);

Правила устройства электроустановок (7-е издание);

Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35 -800 кВ (РД 34.20.504-94). Методические указания по контролю состояния электрооборудования (81 нормативно-технический документ (НТД) согласно приказу от 29.05.2008 № 210 «Об утверждении Реестра действующих в ОАО «ФСК ЕЭС» нормативно-технических документов (НТД) электросетевой тематики»).

Эти документы содержат нормы, а также положения из ряда стандартов и РД, определяющие правила и методики проведения отдельных испытаний. Вместе с тем, по мнению многих специалистов, указанные НТД и некоторые связанные с ними документы значительно устарели, а достижения последних лет отражены не в полной мере.

В качестве наиболее важных недостатков НТД следует отметить:

документы в соответствии со своими названиями содержат лишь перечни измерений разных параметров и нормы, но в них отсутствует информация по анализу всего комплекса результатов измерений;

не предусматривается анализ условий (режимов) работы контролируемого оборудования в предшествующий период эксплуатации (рабочие напряжения, токи, температуры, число и уровни перенапряжений, внешних к.з. и др.); без такого анализа во многих случаях невозможно или крайне сложно определить причины появления и развития дефектов;

оценки состояния оборудования или его элементов выполняются в основном путем сравнения результатов измерений с нормами, при этом нет требований, учитывающих анализ динамики изменения во времени (тренды) контролируемых величин, не предусматривается анализ корреляционных связей между результатами измерений величин, имеющих общие физические основы (например, сопротивление и тангенс угла диэлектрических потерь);

не указаны правила использования рекомендаций и норм фирм-изготовителей по контролю (в частности, значений испытательных напряжений) в тех случаях, когда они не совпадают с отечественными.

Устранить недостатки НТД путем доработки едва ли возможно, необходим новый комплекс нормативных документов.

Контроль работоспособности (исправности) оборудования необходим для решения практических задач, связанных его с эксплуатацией, с обеспечением высоких экономических показателей и показателей надежности работы электрических сетей высокого напряжения.

Первая задача - исключение или ограничение числа внезапных отказов, сопровождающихся значительным увеличением масштабов повреждения оборудования, негативными экономическими и экологическими последствиями. Эта задача актуальна прежде всего для диагностики маслонаполнен-ного оборудования (силовых и измерительных трансформаторов 3-1150 кВ, шунтирующих реакторов). Для ее решения необходимы методы и технические средства контроля, обеспечивающие обнаружение опасных развивающихся дефектов на ранних стадиях и позволяющие проводить контроль часто или даже непрерывно (в случае быстро развивающихся дефектов).

Вторая задача появилась в связи с принятием новых «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей» (2003 г.), которыми отменена действовавшая ранее в течение ряда десятилетий система планово-предупредительных ремонтов со строгой регламентацией сроков и объемов ремонта всех видов электрооборудования. Согласно новым ПТЭ объем и сроки проведения ремонтов должны устанавливать руководители предприятий в зависимости от технического состояния оборудования, т.е. практически по результатам диагностики. Это обстоятельство предъявляет новые требования к методикам и техническим средствам диагностики.

Третья задача - достоверная оценка остаточного ресурса оборудования, отработавшего свой номинальный ресурс (обычно 25 лет). Актуальность этой проблемы обусловлена тем, что в электрических сетях высокого напряжения оборудование, отработавшее свой номинальный ресурс, составляет значительную долю. Так, в российских электрических сетях в настоящее время находятся в эксплуатации порядка 2500 силовых трансформаторов 110-750 кВ мощностью 120 МВА и более. Из них примерно половина уже отработала номинальный ресурс, а около 10% проработала более 40 лет. Такое положение таит в себе опасность лавинообразного роста числа отказов, обусловленных процессами старения. Оперативная замена всего оборудования с большим сроком эксплуатации невозможна прежде всего по экономическим причинам.

В таких условиях экономически целесообразные очередность, объемы и сроки замены старого оборудования могут быть установлены только на основании достоверных оценок остаточных ресурсов индивидуально для каждого из рассматриваемых объектов. Подход к замене старого оборудования новым по результатам оценки остаточного ресурса, а не по соотношению фактической и нормированной длительности эксплуатации даст существенный экономический эффект.

Целесообразность использования корректных оценок остаточных ресурсов высоковольтного оборудования можно проиллюстрировать на простейшем примере с применением элементов теории вероятности.

На основе изложенного можно сделать следующие выводы.

Оценка состояния оборудования посредством систем автоматического онлайн-контроля состояния оборудования является наиболее перспективным видом диагностики, обладающим значительными возможностями качественного измерения первичной информации, но, наряду с тем, требующим методологической доработки с учетом современных мировых тенденций, нормативных документов.

Системы автоматического контроля состояния оборудования не дают подробных и глубоких диагностических заключений по сравнению с комплексным обследованием оборудования с выводом его из эксплуатации, но благодаря оперативности и непрерывности режима диагностики позволяют своевременно контролировать изменение технического состояния оборудования.

Актуальность диагностических заключений, получаемых от систем автоматического онлайн-контроля, значительно выше, чем по результатам комплексного обследования оборудования. Это объясняется непрерывным режимом сбора, обработки и анализа данных о состоянии оборудования.

Существует необходимость в разработке современной нормативно-технической базы online диагностики, с учетом накопленной статистической информации, а также лучших мировых практик.

Есть необходимость разработки и совершенствования системы удаленного контроля состояния оборудования трансформаторной подстанции.

Читайте также: