1 Распределенная система мониторинга и диагностики технического состояния высоковольтного оборудования Русов Валерий Александрович Ботов Сергей Владимирович ООО «DIMRUS» «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

2 МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА ПОЛНОГО КОМПЛЕКСА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ – ОДНА ИЗ ВАЖНЕЙШИХ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ «SMART GRID» SDD Интеллектуальная энергетическая энергосистема, «Smart Grid», предполагает наиболее современную концепцию в организации управлением эксплуатацией высоковольтного оборудования. Эта концепция предполагает три базовых понятия. 1. Обслуживание каждой единицы высоковольтного оборудования по техническому состоянию 2. Комплексная оценка состояния всей технологической цепи преобразования и передачи электрической энергии. 3. Управление работой всей энергосистемы исходя из технического состояния и оценки экономических рисков, возникающих в технологических цепях. Для внедрения такого подхода к эксплуатации высоковольтного оборудования необходимо широкое внедрение систем диагностики и мониторинга, реализующих принцип «необслуживаемых» энергетических объектов. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

3 Т РЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫМ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ SDD Не все диагностические системы, именуемые разработчиками «системами мониторинга высоковольтного оборудования» могут быть использованы при реализации концепции «Smart Grid». Они должны соответствовать конкретным требованиям. 1. Итогом работы систем диагностического мониторинга должно быть конкретное заключение о техническом состоянии контролируемого объекта, а не набор цифр и графиков, какого бы подробного объема он не был. 2. Стоимость каждой отдельной подсистемы мониторинга должна быть умеренной, не более 3 – 3% стоимости оборудования. Внедрение более дорогих систем для «Smart Grid» маловероятно. 3. Информация от отдельных систем мониторинга должна быть легко интегрируема в заключение более высокого уровня. Для этого, в идеальном случае, они должны иметь одинаковую идеологическую концепцию, т. е. поставлены одним изготовителем. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

4 Л ОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ФИРМЫ «DIMRUS» SDD Фирмой «DIMRUS», прежнее название «Вибро-Центр», за последние 8 лет разработан практически полный комплекс систем мониторинга и диагностики высоковольтного оборудования. Уже тогда была принято решение реализовывать концепцию «Smart Grid». «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics «MDR-M» «MDR» «PGU-DM» ««CDM-30» «OVM» «CB-Relay» «SG-Relay» «TIM-3» «TIM-9» «TDM» «UHF-Loc» «CT-Relay» «OVM» «ОПН- Монитор»

5 С ИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ТУРБО И ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ, БОЛЬШИХ ЭЛЕКТРОМОТОРОВ SDD Фирмой «DIMRUS» разработаны три системы мониторинга, предназначенные для оценки технического состояния и диагностики крупных электрических машин – электродвигателей и генераторов. При помощи этих систем можно комплексно оценивать техническое состояние электрических машин по нескольким параметрам: - Контроль состояния изоляции обмотки статора при помощи измерения и анализа частичных разрядов. - Контроль вибрации пакета статора, определение подвижности секций обмотки в пазу и в лобовых частях. - Контроль состояния изоляции обмотки ротора на основе контроля радиальной составляющей магнитного потока в зазоре. - Контроль положения ротора относительно статора при помощи датчиков измерения воздушного зазора емкостными датчиками. - Контроль электромагнитной асимметрии электрической машины на основании анализа спектра тока статора. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

6 С ИСТЕМА «MDR-M» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОМОТОРОВ SDD Для высоковольтных электродвигателей фирмой «DIMRUS» разработана максимально дешевая система мониторинга состояния изоляции обмотки статора «MDR-M». Она реализует две подсистемы контроля – измерение частичных разрядов в изоляции статора, и контроль вибрационных процессов в сердечнике статора. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Для этого необходим минимальный набор первичных датчиков: - Три конденсатора связи, необходимые для измерения частичных разрядов, монтируемые на внешних зажимах обмотка статора. - Два датчика вибрации, монтируемые на концах пакета статора, для контроля подвижности обмотки в пазах и лобовых частях. Такого количества первичных датчиков достаточно для проведения необходимой диагностики дефектов изоляции технологически важных электрических моторов.

7 С ИСТЕМА «MDR» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ДЕФЕКТОВ ИЗОЛЯЦИИ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ SDD Для мониторинга технического состояния изоляции турбогенераторов различной мощности разработана комплексная система марки «MDR». Эта система мониторинга в нашей продукции является полной версией, реализующей все функции диагностики состояния изоляции, которые мы используем на практике. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Система мониторинга «MDR» реализует в одном компактном устройстве все функции, которые необходимы для комплексной оценки технического состояния турбогенератора. Этим она отличается от упрощенной системы «MDR-M». Благодаря этому техническое заключение о состоянии генератора получается комплексным.

8 СИСТЕМА «PGU-DM» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОБЛОКА СТАНЦИИ SDD Интегрирование функций мониторинга и диагностики одного объекта в одном приборе является шагом вперед, но часто этого недостаточно. Существуют связанные между собой высоковольтные объекты, которые в «Smart Grid» обычно рассматриваются как единый энергетический объект. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Примером является энергоблок электрической станции. Он состоит из генератора, трансформатора, шинопровода и высоковольтного выключателя. Для мониторинга состояния изоляции всего объекта мы разработали интегрированную систему мониторинга марки «PGU-DM» (Power Generator Unit - Diagnostics Monitor). Реализация функций мониторинга и диагностики энергоблока в одном приборе позволяет решить две основные задачи: - Обеспечить комплексный диагноз состояния целого объекта. - Снизить затраты на поставку систему мониторинга в несколько раз.

9 «PGU-DM» - МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКИ ГЕНЕРАТОРА, ТРАНСФОРМАТОРА И ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ЭНЕРГОБЛОКА SDD При помощи системы мониторинга «PGU-DM» решаются следующие диагностические задачи: - Контроль технического состояния и диагностика дефектов изоляции турбогенератора. Система решает те же технические проблемы, что и система марки «MDR» для мониторинга генераторов. - Диагностика состояния и поиск дефектов в изоляции шинопровода, или кабельной линии, от генератора к блочному трансформатору. - Диагностика технического состояния и поиск дефектов в изоляции блочного трансформатора на стороне ВН и НН. Система «PGU-DM» решает те же вопросы, что и система «TIM-9». - Диагностика технического состояния высоковольтного выключателя, контроль ресурса, поиск дефектов. На основании частных диагностических заключений система формирует общее техническое заключение о состоянии энергетического объекта, которое поступает в базу данных «Smart Grid». «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

10 С ИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА, ДИАГНОСТИКИ И ПОИСКА МЕСТ ДЕФЕКТОВ В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ SDD Большое внимание в новых разработках фирмы «DIMRUS» уделяется созданию переносных и стационарных систем контроля изоляции кабельных линий среднего и высокого напряжения, которые все шире используются для организации энергоснабжения объектов. В основе всех разработанных приборов и систем лежат самые современные методы диагностики изоляции кабельных линий, разработанные в последние годы. Это: - Измерение и анализ распределения частичных разрядов в изоляции кабельных линий, в режимах «on-line» и «off-line», под рабочим и испытательным напряжением. - Измерение и анализ абсорбционных процессов в кабельных линиях во время заряда и разряда изоляции постоянным током. - Локализация мест возникновения дефектов в изоляции в режиме «on-line» при помощи рефлектографии импульсами частичных разрядов. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

11 CDM-30 - СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА, ДИАГНОСТИКИ И ПОИСКА МЕСТ ДЕФЕКТОВ В 30 КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ SDD На предприятиях обычно монтируется большое количество кабельных линий среднего и низкого напряжения, которые распределяют энергию из одной подстанции. Использование одного прибора для мониторинга нескольких кабельных линий существенно снижает затраты на поставку системы, «на один контролируемый кабель». «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Поэтому мы поставляем только комплексные системы мониторинга, рассчитанные на контроль и диагностику дефектов в режиме «on-line» сразу для нескольких кабельных линий. - «CDM-15» - контроль технического состояния и диагностика дефектов до 15 кабельных линий, включенных в одном узле. - «CDM-30» - - контроль технического состояния и диагностика дефектов до 30 кабельных линий.

12 Л ОКАЦИЯ МЕСТ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ ПРИ ПОМОЩИ «CDM-30» В РЕЖИМЕ «O N -L INE » SDD Важной особенностью использования диагностических приборов марки «CDM» является возможность локализации места возникновения дефектов в изоляции кабельных линий в режиме «on-line». В качестве зондирующего импульса используется импульс от частичного разряда в дефекте изоляции кабельной линии, или импульс внешней помехи, пришедший в кабельную линию извне, возникший, например, при коммутации соседних кабельных линий. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics В зависимости от типа используемого зондирующего импульса изменяется принцип определения места возникновения дефекта. При использовании импульса от частичного разряда мы определяем расстояние от противоположного конца кабеля, а при «внешнем» импульсе определяем расстояние от места установки датчика.

13 О СНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ «OVM» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ И ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ SDD Выпускаются две модификации приборов «OVM-1» и «OVM-3», имеющих однофазное и трехфазное исполнение. - Количество измерительных каналов в каждом приборе – 1, или 3. - Общее количество приборов, которое может быть объединено в одной интегрированной системе – до Способы синхронизации отдельных приборов в общей системе мониторинга – по оптическому кабелю, по сигналам GPS, по радиоканалу. - Точность локации места дефекта в кабельной линии – 1% от длины кабеля. - Точность локации места дефекта в воздушной линии – «до опоры». «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

14 Д ИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ ПРИБОРАМИ OVM SDD Для реализации системы мониторинга кабельной линии на двух концах линии монтируются два прибора OVM, которые соединяются друг с другом при помощи оптического кабеля, предназначенного для синхронизации приборов, с точностью 2 нс, и обмена информацией. В качестве датчиков первичной информации используются высокочастотные трансформаторы тока RFCT, имеющие специальное техническое исполнение. Такая система мониторинга позволяет: - Регистрировать уровень, форму и распределение импульсов частичных разрядов в изоляции кабельной линии. - Локализовать место возникновения дефекта в изоляции при помощи анализа времени прихода импульса к двум концам контролируемой линии. Точность локации – 1% от длины кабеля. - Определить тип дефекта, и степень его развития, при помощи встроенной экспертной системы «PD-Expert». «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

15 Система «OVM» для мониторинга состояния изоляции кабельных линий SDD На двух концах контролируемой ЛЭП монтируются два датчика S1 и S2 для регистрации импульсов частичных разрядов. Внутренние часы датчиков с высокой точностью синхронизируются при помощи GPS приемников. Датчики синхронно запускаются на регистрацию. Собранная датчиками информация по каналам связи пересылается в прибор, где анализируется специальным программным обеспечением. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

16 С ИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ SDD Диагностика высоковольтных выключателей в режиме «on-line» применяется достаточно редко. Причиной является невысокая стоимость выключателей, соизмеримая со стоимостью системы мониторинга. Система мониторинга для одного выключателя, по причине высокой цены, применяется достаточно редко. Мы производили систему «SB-Relay», но она нашла очень малое применение. Более предпочтительным является использование одной системы мониторинга на несколько выключателей. В этом случае на каждый выключатель ставится только набор датчиков, а система мониторинга является общей для всех выключателей. Для диагностики 14 выключателей одного КРУ разработан специальный прибор «SG-DM» (Switch Gear – Diagnostics Monitor). В удалось значительно снизить затраты на внедрение системы мониторинга состояния одного выключателя. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

17 «SG-DM» - СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ SDD При помощи системы мониторинга «SG-DM» контролируются параметры: - двух входных выключателей – фидерного и секционного; - 12 выключателей в ячейках, коммутирующих выходные линии КРУ. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Система «SG-DM» является комплексной, она также позволяет контролировать состояние всех 14 кабельных линий, подключенных к КРУ (SG). При этом контролируется: - Уровень и распределение частичных разрядов во всех подходящих кабельных линиях. - Тип дефекта на основании работы системы «PD-Expert». - Локализация места расположения дефекта на основании анализа рефлектограммы.

18 С ИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ SDD Трансформаторы являются очень важным объектами, которым придается большое внимание в системах «Smart Grid». От их надежной работы зависит работоспособность всей системы электроснабжения. Наиболее сложным является диагностический мониторинг трансформаторов, когда в режиме «on-line» определяется техническое состояние, определяется возможность их дальнейшей эксплуатации. В зависимости от мощности и назначения трансформатора меняются требования к системам мониторинга. Чем больше и дороже трансформатор, тем более сложной и функционально мощнее может быть система мониторинга. Мы производим три основных типа систем мониторинга трансформаторного оборудования: - «TIM-3» – система мониторинга трансформаторов кВ. - «TIM-9» – система мониторинга трансформаторов 330 – 750 кВ. - «TDM» - модульная система мониторинга. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

19 С ИСТЕМА «TIM-3» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 110 – 220 К В SDD Трансформаторы с таким рабочим напряжением составляют большинство в системах распределения энергии. Проблемой является то, что именно эти трансформаторы реже всего оснащаются системами мониторинга, так цена их сравнительно невелика. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics В системе «TIM-3» реализован минимальный набор диагностических функций, позволяющий диагностировать техническое состояние трансформатора. - Контроль состояния высоковольтных вводов по величине тангенса угла потерь изоляции, и величине емкости ввода. - Контроль величины и распределения частичных разрядов в изоляции вводов и в главной изоляции трансформатора. - Контроль температурных режимов работы трансформатора.

20 С ИСТЕМА «TIM-9» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 330 – 500 К В SDD Для организации мониторинга более мощных трансформаторов применяется система мониторинга «TIM-9», обладающая расширенными свойствами. Она может контролировать техническое состояние двух и трех обмоточных трансформаторов, диагностировать большее количество дефектов. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Система «TIM-9» позволяет контролировать: - техническое состояние 9 вводов ВН, СН и НН обмоток; - частичные разряды в изоляции трех трехфазных обмоток; - температурные режимы работы трансформатора; - техническое состояние HV выключателя.

21 М ОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА «TDM» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ SDD Для создания систем мониторинга трансформаторов произвольной конфигурации разработана модульная система, имеющая торговую марку «TDM» (Transformer Diagnostics Monitor). «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Система собирается по принципу «plug - in» из любого количества диагностических модулей. В настоящее время разработано 14 различных модулей, основными из которых являются: - «M0» - основной модуль мониторинга; - «M1» - модуль диагностики системы охлаждения; - «M2» - модуль регистратора аварийных ситуаций; - «M3» - модуль контроля состояния высоковольтных вводов; - «M4» - модуль регистрации и анализа частичных разрядов; - «M5» - модуль акустической локации дефектов в баке.,

22 М ОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА «TDM» ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ SDD Система «TDM» может быть создана из любого набора диагностических модулей, по желанию клиента. Поэтому она может быть использована для любого трансформатора, включая группу однофазных трансформаторов. При необходимости система может быть дополнена и во время эксплуатации добавлением новых диагностических модулей. При этом нужно только поменять конфигурацию программного обеспечения системы мониторинга. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Все системы мониторинга трансформаторного оборудования рассчитаны на работу в температурном диапазоне от минус 40 градусов, без использования подогрева. Шкаф с оборудованием системы мониторинга монтируется рядом с контролируемым трансформатором, что повышает надежность его работы.

23 «CT-R ELAY » - СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА SDD Для мониторинга измерительных трансформаторов тока разработана специализированная система мониторинга марки «CT-Relay». Она позволяет определять техническое состояние трансформаторов двумя методами: - Измерение тангенса угла потерь и емкости главной изоляции. - Контроль уровня и распределения частичных разрядов в изоляции. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics Одним прибором «CT-Relay» контролируется состояние трех трансформаторов тока.

24 Д ИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПРИБОРОВ ТИПА OVM SDD Для реализации системы мониторинга воздушных линий на двух концах ВЛ монтируются два прибора OVM. В качестве датчиков импульсов могут быть использованы датчики на ПИН вводов, конденсаторы систем ВЧ связи, или специальные конденсаторы связи. Синхронизация приборов осуществляется по сигналам системы GPS, с точностью 20 – 50 нс. Этим объясняется пониженная точность локализации места дефекта. Такая система мониторинга позволяет: - Регистрировать уровень, форму и распределение импульсов разрядов в подвесной изоляции воздушной линии. - Локализовать место возникновения дефекта в подвесной изоляции по времени прихода импульса к двум концам контролируемой линии. - Контролировать место возникновения грозовых и коммутационных перенапряжений, с определением мест возникновения. - Контролировать места возникновения самоустраняющихся коротких замыканий. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

25 Система «OVM» для мониторинга состояния воздушных линий 6 – 35 кВ SDD На двух концах контролируемой ЛЭП монтируются два прибора марки «OVM-1». В качестве датчиков для регистрации частичных разрядов используются три конденсатора связи, сигналы с которых суммируются. Приборы синхронно запускаются на регистрацию по импульсам системы GPS. Собранная датчиками информация по каналам связи пересылается в прибор, где анализируется специальным программным обеспечением. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

26 Система «OVM» для мониторинга состояния воздушных линий 110 – 500 кВ SDD На двух концах контролируемой ЛЭП монтируются приборы марки «OVM-3». В качестве датчиков частичных разрядов используются измерительные выводы вводов, на которых монтируются устройства присоединения «DB». Для синхронизации приборов используются сигналы системы GPS. При помощи такой системы контролируется состояние опорной изоляции ЛЭП с точностью «до опоры». Система позволяет регистрировать грозовые и коммутационные воздействия на линию, а также выявлять места возникновения замыканий, включая временные. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

27 С ОЗДАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СОВОКУПНОСТИ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ SDD В состав Smart Grid будет включаться большое количество взаимосвязанных воздушных и кабельных линий. Только в этом случае можно ожидать получение экономического эффекта. Прибор OVM специально предназначен для реализации систем мониторинга и диагностики таких сложных систем линий передачи энергии. Для этого в каждом узле системы устанавливается регистрирующий прибор. Такая система имеет преимущества: - Если в узле системы сходятся линии одного напряжения, то для организации полной системы мониторинга достаточно использовать один измерительный прибор. - При помощи комплексной системы мониторинга можно определять техническое состояние сложных путей транзита энергии, включающих в себя несколько последовательно, или параллельно включенных, воздушных, и кабельных линий. «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics

28 «OPN-M ONITOR » - С ИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ SDD Для контроля состояния ограничителей перенапряжений фирмой разработана система мониторинга марки «OPN-Monitor». Он позволяет контролировать состояние трех ограничителей перенапряжений при помощи двух методов: «DIMRUS» - Smart Grid - Monitoring and Diagnostics - Измерение активной составляющей тока проводимости ограничителя перенапряжений. - Измерение гармонического состава тока проводимости, оценка интенсивности третьей и пятой гармоник тока проводимости. - Регистрация импульсов перенапряжений с разделением их по группам.