Методика выявления дефектов оборудования для тепловизионной системы онлайн-мониторинга электрической подстанции

Электроника, электрика / Электромонтаж / Строительство электростанций
Administrator
1 687
14-03-2017, 23:27
0

Современное состояние средств диагностики, передачи и обработки данных позволяет создавать автоматизированные системы непрерывного контроля оборудования подстанций на базе тепловизоров, стационарно установленных наподобие камер видеонаблюдения. Существует, по крайней мере, три причины, по которым такие системы онлайн-мониторинга находят применение: повышение надежности работы подстанции за счет своевременного выявления быстроразвивающихся дефектов, повышение безопасности путем предотвращения вторжения и снижение затрат на проведение контроля состояния оборудования. Эффективность данных систем будет определяться алгоритмом, заложенным в программу оценки состояния объектов подстанции по тепловизионному изображению.

В данной работе обоснована методика выявления дефектов электрооборудования по тепловизионному изображению путем определения локальных, средних и среднеквадратических значений температурных аномалий на различных объектах подстанции. Для каждого узла оборудования установлены значения превышения или избыточных температур, определяющие степень неисправности. Для всех объектов подстанции в целом результаты сведены в таблицу.

Разработанная методика может рассматриваться как основа технического задания на разработку программы для автоматизированной тепловизионной системы онлайн-мониторинга электрической подстанции в реальном времени. Методика также может быть использована для периодического тепловизионного обследования подстанций штатным персоналом сетей.

I. Введение

В эпоху становления технологий «умных сетей» становится технически и экономически выгодным расширять использование средств онлайн-мониторинга оборудования электрических подстанций. Одно из направлений совершенствования контроля подстанций в реальном времени - внедрение автоматизированных систем контроля оборудования на базе стационарно установленных тепловизоров. Помимо известных достоинств таких систем - скорости выявления дефектов, безопасности и снижения затрат - непрерывный тепло- визионный контроль по сравнению с периодическим имеет очевидные преимущества при оценке состояния, например, изоляторов, поскольку дефекты их проявляются, зачастую, только при высокой влажности.

Ведущими производителями уже разработаны тепловизоры с программным обеспечением, которые могут быть встроены в автоматизированную систему раннего предупреждения на подстанции. Видеокамеры и тепловизоры располагаются по всему периметру подстанции. Оператор может осуществлять постоянный мониторинг по потоку видео и инфракрасных (ИК) изображений. Автоматизация процесса обработки данных с видеокамер и тепловизоров позволяют снизить нагрузку и предупреждать оператора только об обнаружении изменений состояния оборудования. Разрабатываются также алгоритмы и программы обработки ИК изображений. Таким образом, для реализации системы онлайн-мониторинга подстанции с помощью тепловизоров в наших условиях необходимы критерии оценки состояния оборудования, которые можно было бы заложить в автоматизированную систему.

II. Критерии и методика выявления дефектов

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ

Основополагающим документом для создания методики явился действующий нормативный документ «Объем и нормы испытаний электрооборудования» (РД 34.45-51.300-97). Определение температуры узла или зоны элементов подстанции в предлагаемой методике осуществляется путем усреднения значений температуры по некоторой окрестности, охватывающей большую часть наблюдаемого узла или объекта. Наличие локальных нагревов на узле или объекте определяется путем вычисления среднеквадратического отклонения значений температуры по области, охватывающей большую часть обследуемого узла или объекта.

Принципиально важным является автоматическое выявление по тепловому излучению дефектов изолирующих конструкций. Здесь предполагается определять среднее и среднеквадратическое отклонение значения температуры по всей изолирующей конструкции, воспользовавшись запатентованной методикой. Суть ее заключается в следующем. В общем случае,-й элемент изолирующей конструкции, например изолятор в гирлянде или часть протяженного изолятора, можно представить как параллельное соединение активного сопротивления Я, и емкости С,-. Формула для активной мощности Р,, выделяемой на элементе при протекании через него переменного тока I с частотой ю, имеет следующий вид:

Из формулы следует, что Р, имеет неоднозначную зависимость от Я,. Активная мощность имеет максимум при Я,-, равном 1/юС,-. При Я,, большем 1/юС,, Р, увеличивается с уменьшением Я,, а при Я,, меньшем 1/юС,, - уменьшается. Например, для подвесного изолятора, собственная емкость которого лежит в пределах 30-70 пФ, максимум тепловыделения достигается при значениях Я от 45 до 100 МОм соответственно. Поскольку активные сопротивления изоляторов могут иметь значения от сотен ГОм для исправных до нескольких МОм для «нулевых», то одна и та же мощность тепловыделения может характеризовать два существенно разных состояния изоляции - исправное и дефектное. Однако если рассматривать изолирующую конструкцию в целом, то исправное и дефектное состояния элемента можно отличить по изменению тепловыделения всей конструкции. Если происходит снижение активного сопротивления I -го элемента конструкции, то на начальной стадии деградации, когда Я, значительно больше 1/юС,- и изоляция ее считается еще исправной, это приводит к повышению тепловыделения только на нем, поскольку распределение напряжения по элементам в конструкции практически не изменяется. Дальнейшее снижение сопротивления и переход в дефектное состояние приводит уже к перераспределению напряжения в конструкции и повышению тепловыделения на других элементах. Таким образом, дефектное состояние можно отличить по изменению пространственного распределения интенсивности теплового излучения по всей конструкции. Величинами, характеризующими распределение, являются среднее и среднеквадратическое отклонение. Для определения состояния изоляции необходимо использовать обе эти характеристики распределения. Снижение активного сопротивления одного из элементов конструкции однозначно приводит к некоторому увеличению средней интенсивности излучения конструкции. Однако ее заметное увеличение происходит при снижении активного сопротивления на нескольких элементах конструкции. В то же время величина среднеквадратического отклонения, характеризующая разброс интенсивностей теплового излучения элементов относительно среднего отклонения, может быть зафиксирована и при малых значениях среднего, когда интенсивность излучения изменяется только на одном элементе, но при снижении активного сопротивления на нескольких элементах возможна ситуация, когда среднеквадратическое отклонение будет равно нулю.

В данной методике предлагается ранжировать индикацию состояния объектов или узлов в зависимости от степени аварийности, автоматически сигнализируя всплывающими надписями: «контроль», «опасно» или «дефект».

Надписи соответствуют:

• «контроль» - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по ее устранению во время проведения ремонта, запланированного по графику;

• «опасно» - развившийся дефект, требующий принять меры по устранению при ближайшем выводе электрооборудования из работы;

• «дефект» - аварийный дефект, требующий немедленного устранения.

В целом для основных объектов электрической подстанции методика представлена в виде таблицы. Определение значений температур в таблице, соответствующих состояниям «контроль», «опасно», «дефект»,

осуществляется путем пересчета на известный номинальный ток /_ном при известном текущем значении /_рабв соответствии с нормами.

III. Выводы

Предложенная методика может рассматриваться как основа технического задания на разработку программы для автоматизированной тепловизионной системы онлайн-мониторинга электрической подстанции в реальном времени. Предложенные критерии могут быть использованы при периодическом тепловизионном обследовании подстанций штатным персоналом сетей.

Применение программного комплекса ЕТАР для анализа распределительных сетей 6-10 кВ

Распределительные сети являются главными артериями в системе электроснабжения любого населенного пункта. В связи с постоянно растущим спросом на электроэнергию и территориальным разрастанием городов современные распределительные сети должны проектироваться с возможностью их дальнейшего расширения и развития. В данной работе рассмотрены вопросы моделирования распределительных сетей 6-10 кВ с применением современного математического пакета ЕТАР, приведены примеры расчета их режимов. Программный комплекс ЕТАР позволяет получить нагрузочные и время-токовые характеристики для всех участков сети. На основе вычислительных экспериментов получены оценки работы этой схемы при различных условиях и выработаны рекомендации по выбору оборудования сети с учетом дальнейшего развития.

I. Применение программного комплекса ETAP

ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Рост эффективности работы электроэнергетических систем достигается за счет повышения качества принимаемых технических решений путем использования комплексных информационных систем как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации объекта.

Одной из таких информационных систем является программный комплекс ETAP, разработанный компанией OperationTechnology, Inc. (США). Его основой является архитектура, состоящая из модулей, выполняющих функции построения однолинейных схем, выполнения различных расчетов, анализа полученных результатов, проверки оборудования, оптимизации, а также управления объектами электроэнергетики (ETAP Real-Time). Модули ETAP могут использоваться по отдельности для решения определенного вида задач либо работать в составе гибкой расчетной системы. Алгоритмы анализа электрических цепей, реализованные в ETAP, позволяют быстро выполнить расчет однолинейной схемы любой сложности.

Разработчики и операторы систем распределения электроэнергии стремятся к нестандартным решениям с целью улучшения надежности и качества обслуживания своих клиентов. Важными целями являются уменьшение и сведение к минимуму перебоев в питании, сохранение приемлемого уровня напряжения и реактивной мощности, оптимизация и балансировка питающих сетей. Комплексный анализ распределительных сетей, содержащих большое количество оборудования, требуется для составления сложных математических моделей и схем. Программный комплекс ETAP с его широким набором модулей представляет собой эффективный инструмент для решения данной задачи.

На этапе проектирования с помощью ETAP могут быть оценены решения по построению схемы сети, могут быть выполнены проработка основных компоновочных решений, выбор оборудования, уставок устройств релейной защиты и проверка селективности их работы на основе расчетов перетоков мощности, токов короткого замыкания, показателей надежности системы и других.

Кроме того, совершенствующаяся законодательная и нормативная база, а также заказчик все чаще требуют проведения ряда расчетов, ранее не выполнявшихся в силу своей трудоемкости. Также, учитывая частую необходимость внесения изменений в разрабатываемый проект, проектировщику желательно иметь гибкий инструмент для оперативной корректировки исходных данных, быстрых пересчетов схем и архивации различных версий проекта для сравнения. Перечисленные задачи могут быть решены с помощью модулей расчетной части ETAP.

II. Фукнциональный состав комплекса

В состав базового пакета ETAP входят:

• графический редактор для построения схем и задания параметров оборудования;

• база данных оборудования с возможностью расширения пользователями;

• модуль расчета установившихся режимов.

Для расширения возможностей программы могут устанавливаться модули:

• расчета коротких замыканий;

• анализа установившегося режима по времени;

• анализа стабильности напряжения;

• расчета оптимального перетока мощности;

• расчета оптимального расположения конденсаторных батарей;

• теплового расчета кабельных систем;

• проектирования и расчета заземляющих систем подстанций;

• расчета последовательности срабатывания защит (максимально-токовая и дистанционная);

• оценки пропускной способности линий;

• расчета сопротивления линии с учетом взаимной индукции;

и многие другие модули.

III. Составление имитационной модели сети

И ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

В данной работе приведены результаты анализа работы распределительной сети, однолинейная схема которой, выполненная в графическом редакторе ETAP, показана на рис. 1. Сеть содержит трансформаторные подстанции мощностью 2,5, 4,5 и 15 МВА с коэффициентами трансформации 35/10 и 10/0,4 кВ, конденсаторные батареи и выключатели. Потребители представлены высоковольтными синхронными и асинхронными двигателями, сетью постоянного тока 0,4 кВ и сетью

переменного тока 0,6 кВ. Источниками являются питающая линия напряжением 500 кВ и синхронный генератор мощностью 3,25 МВт.

Интерфейс программы позволяет собирать схемы из стандартного набора элементов (трансформаторы,

кабельные линии, коммутационная аппаратура) и вводить пользовательские параметры каждого элемента. Перед началом расчета в специальном меню настраиваются параметры расчета и отображаемая в результате расчета информация (пример настройки содержания отчета показан на рис. 2).

После ввода данных для всех элементов и настройки параметров отчета запускается режим расчета. В результате на схеме отображаются величины перетоков мощности, напряжения в точках сети, процент загрузки оборудования по мощности и другие параметры (рис. 3).

На основании расчета составляется отчет (рис. 4), в котором представлен качественный и количественный анализ состояний оборудования в установившемся режиме работы исследуемой сети. По результатам анализа могут быть приняты решения о замене оборудования на аналогичное оборудование большего номинала по условиям, например, перегрузки по току (кабельная линия 11) или напряжению (шины В и С).

Аналогичным образом осуществляется расчет других режимов работы сети, имитирующих наличие короткого замыкания в какой-либо точке схемы или отключение элементов. Благодаря тому, что вся информация модели

хранится в единой базе данных проекта, расчет схемы в различных режимах и конфигурациях производится без необходимости создания большого числа ее экземпляров.

IV. Выводы

Таким образом, программный комплекс ЕТАР является эффективным инструментом для анализа распределительных сетей 6-10 кВ, позволяющим создавать имитационные модели схем различной конфигурации и комплектации. На основе вычислительных экспериментов могут быть получены оценки работы сети при различных условиях и выработаны рекомендации по выбору оборудования сети. Для рассмотренной сети в результате анализа параметров установившегося режима и короткого замыкания была установлена необходимость замены номинала кабельных линий и изменения уставок защит для обеспечения нормальной работы схемы, а также возможности ее дальнейшего расширения.

Источник: не определен

Обсудить на форуме

Методика выявления дефектов оборудования для тепловизионной системы онлайн-мониторинга электрической подстанции

Комментарии

Совершенствование экспертных систем диагностики технического состояния электромеханических преобразователей энергии при управлении развитием дефектов

Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах

Методика оценки показателей надёжности электроснабжения в условиях ухудшенного качества электрической энергии

Увеличение производительности системы охлаждения трансформаторов в жаркий период

Устройство оптической индикации дефекта высоковольтной изолирующей конструкции

Технология прогрева бетона

Методика выявления дефектов оборудования для тепловизионной системы онлайн-мониторинга электрической подстанции

Комментарии

Похожие статьи:

Совершенствование экспертных систем диагностики технического состояния электромеханических преобразователей энергии при управлении развитием дефектов

Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах

Методика оценки показателей надёжности электроснабжения в условиях ухудшенного качества электрической энергии

Увеличение производительности системы охлаждения трансформаторов в жаркий период

Устройство оптической индикации дефекта высоковольтной изолирующей конструкции

Технология прогрева бетона