Оператор на подстанции наблюдает, что тренд DGA 15 МВА блока изменился с уровня ”нормальный” на уровень ”предупреждение” в квартальном отчете. Уровень водорода увеличился с 45 до 130 ppm, также был обнаружен этилен. Ни одна из сигнализаций не была активирована, и отключение не произошло. Тем не менее, система предупреждения выполнила свою работу эффективно.
Эта статья рассказывает о том, как регулярное обслуживание трансформаторов может быть дополнено четкой системой предупреждения о неисправностях. Такие системы имеют различные уровни обнаружения, настройки сигнализации и связанные с этим затраты. Вы узнаете точные значения сигналов тревоги, реакций и затрат системы.
Механизм индикации неисправностей трансформатора включает четыре уровня обнаружения: визуальный осмотр/операции, выполняемые ежедневно, различные тесты масла через установленные интервалы, тренды температуры и нагрузки, а также мониторинг важных единиц в реальном времени. Уровни сигнализации соответствуют соотношениям IEEE C57.104 и IEC 60599.
Что такое механизм предупреждения о неисправностях и почему это важно
Система обнаружения дефектов состоит из датчиков, тестов, пределов и процедур, которые указывают на то, что трансформатор выходит из строя, пока еще возможно вмешательство. Причина, по которой эта система работает, заключается в том, что большинство неисправностей развиваются постепенно: изоляция изнашивается на протяжении лет, влага накапливается в течение месяцев, масло постепенно ухудшается, а концентрация газа увеличивается перед тем, как произойдет отказ. Основная задача системы предупреждения заключается в том, чтобы привлечь внимание пользователей к этим тихим изменениям. Важность вышеупомянутой системы заключается в том, что замена одного трансформатора стоит $250,000–$1.5 миллиона в случае трансформаторов средней мощности, плюс потери от отключений составляют $50,000–$2 миллиона за событие, в то время как стоимость системы составляет всего сотни или даже тысячи долларов в год на единицу. Таким образом, даже одно предотвращенное отключение оправдывает инвестиции в систему предупреждения. В результате энергетические компании, которые успешно используют систему на практике, удается превратить большинство вынужденных отключений в запланированные.
Уровень 1: Ежедневное обслуживание как первый уровень предупреждения
Наименьшие инвестиции и наиболее эффективный профилактический уровень осуществляются ежедневно операционным персоналом. Действительно, он может выявить определенные физические параметры, которые не могут быть измерены никакими датчиками. Следующие задачи включены в ежедневный контрольный список для трансформаторов, погруженных в масло:
- Уровень масла по сравнению с температурой. Уровень масла в консерваторе должен соответствовать температуре на датчике масла. Если нет соответствия, либо масло протекает, либо воздухоотводчик поврежден.
- Шум. Постоянный гул является нормальным; если в фоновом режиме появляется что-то новое, это означает сигнал тревоги. Шум может изменяться из-за ослабления крепления сердечника или частей оборудования, или из-за разрядов.
- Температура. Температура верхнего масла должна регистрироваться в сравнении с потреблением электрической энергии. Если температура верхнего масла увеличивается при постоянном потреблении энергии, это означает, что могут возникнуть проблемы с охлаждением или внутренние потери.
- Вводы. Проверьте, есть ли трещины, следы разряда или утечка масла. Также проверьте, не перегружено ли соединение на клемме.
- Дегидратор. Если гель стал розовым, это означает, что он насыщен влагой.
- Окна реле Бухгольца. Любое накопление газа в этом окне является сигналом тревоги.
- Утечки и пятна масла на земле. Новые пятна масла на земле указывают на неисправности в отношении утечки масла.
Каждое наблюдение фиксируется. Ведение журнала или запись в CMMS не влечет за собой никаких расходов, но устанавливает учет тенденций, что позволяет повысить уровни предупреждения.
Уровень 2: Периодическое испытание масла и электрическое тестирование
Регулярные оценки выявляют то, что глаз не может воспринять. Ниже приведены ключевые оценки и их уровни предупреждения:
| Испытание | Частота | Нормально | Предупреждение | Уровень действия |
|---|---|---|---|---|
| DGA (анализ растворенных газов) | Ежегодно; каждые 6 месяцев для критических единиц | TDCG < 720 ppm | 720–1,920 ppm или растущая скорость | > 1,920 ppm: исследовать; > 4,630: вывести из эксплуатации |
| Пробивное напряжение масла | Ежегодно | > 40–60 кВ | 30–40 кВ | < 30 кВ: фильтровать или заменить масло |
| Влага в масле | Ежегодно | < 15–20 ppm | 20–30 ppm | > 30–40 ppm: осушить и найти источник влаги |
| Сопротивление изоляции (меггер) | Ежегодно / ежеквартально | > 1,000 МΩ (ВН) | Падающая тенденция между тестами | < 100–500 МΩ: осушить и повторно протестировать |
| Анализ фурана (старение бумаги) | Каждые 1–3 года | Низкие уровни фурана | Растущая тенденция | Высокий: бумага хрупкая, планировать работы по завершению срока службы |
| Кислотность / IFT | Ежегодно | Низкая кислотность, высокая IFT | Растущая кислотность | Высокая: требуется восстановление масла |
Используемая техника проверки заключается в сравнении с более старым образцом, а не только с абсолютным значением. Образец, который увеличился с 40 до 120 ppm водорода в ежегодных тестах, вызовет тревогу, даже если его значение не превысило предел.
Уровень 3: Анализ тенденций и оценка состояния
Индивидуальные образцы могут создать ложное впечатление о чем-то, в то время как тенденции не могут. Уровень 3 отвечает за систематизацию анализа тенденций.
- Темпы генерации газа: скорость генерации газа или скорость увеличения газа (в ppm в месяц) служит первым сигналом тревоги, так как обычно является наиболее чувствительным. IEEE C57.104 рекомендует постоянно измерять не только TDCG, но и различные скорости генерации газа между тестами.
- История нагрузки: анализируйте данные о температуре и нагрузке, чтобы выявить те активы, которые работают близко к своей проектной температуре и стареют быстрее, чем другие.
- Оценка состояния с капитализацией: возьмите данные о состоянии DGA, качестве масла, электрических испытаниях, возрасте и истории нагрузки и интегрируйте их в оценку состояния, которая ранжирует ваш парк и помогает вам решить, какое следующее испытание или инспекция необходимы.
- Сезонность: если актив предупреждает только летом, это может указывать на проблемы с резервами охлаждения, а не на дефекты изоляции.
Используя программное обеспечение для управления активами, вышеуказанная информация может обрабатываться автоматически компьютером, который принимает результаты испытаний, рассчитывает показатели, выделяет проблемы и отправляет уведомления ответственному инженеру. Даже простая таблица Excel, составленная техником, сможет продемонстрировать 80 процентов ценности.
Уровень 4: Онлайн-мониторинг критически важных единиц
Обеспечивая постоянные предупреждения в самых жизненно важных системах, где любой сбой был бы крайне неприемлемым или дорогостоящим, система онлайн-мониторинга играет ключевую роль в их обслуживании. Вот что обычно контролируют датчики в таких системах:
| Онлайн-монитор | Предупреждение, которое он предоставляет | Типичная стоимость (с установкой) | Время до отказа, которое он дает |
|---|---|---|---|
| Онлайн монитор DGA | Непрерывная тенденция газа, раннее обнаружение газов, указывающих на неисправность | $8,000–$60,000 | Недели до месяцев |
| Монитор частичных разрядов | Активность PD в пК, дефекты изоляции | $5,000–$30,000 | Месяцы |
| Монитор температуры / нагрузки | Перегрузка и деградация охлаждения | $2,000–$8,000 | Недели |
| Монитор Buchholz + накопление газа | Накопление внутреннего газового дефекта | $500–$3,000 | Часы до дней |
| Монитор OLTC | Механический износ, проблемы с приводом | $3,000–$15,000 | Недели до месяцев |
Онлайн-мониторинг для крайне важной системы будет стоить около $25,000 – $120,000, кроме примерно $1,000 – $8,000 в год за платформу и обслуживание.
Установка порогов тревоги, которые работают
Пороги для тревог должны обеспечивать подходящий компромисс между двумя типами ошибок: жесткие пороги приводят к тому, что процесс затопленных предупреждений не воспринимается всерьез, а широкие пороги не позволяют обнаружить растущие дефекты. Стандарты IEEE содержат ценные ориентиры относительно упомянутых уровней:
| Состояние | Диапазон TDCG (ppm) | Типичные индикаторные газы | Рекомендуемое действие |
|---|---|---|---|
| Нормально | < 720 | Нет роста | Продолжайте запланированное отбор проб |
| Осторожно | 720–1,920 | H2, Швейцария4 рост | Отбирайте пробы чаще, проведите расследование |
| Высокий | 1,920–4,630 | Этилен, CO растет | Запланируйте детальное расследование |
| Серьезно | > 4,630 | Присутствие ацетилена | Рассмотрите возможность вывода из эксплуатации |
Вот несколько практических идей о том, как установить пороги:
- Используйте стандартные пороги. IEEE C57.104 предоставляет перечисленные категории. Стандарты IEC60599 описывают классические категории.
- Обеспечьте тревоги для скорости роста. Те, которые генерируют газы и должны контролироваться, даже если все пороги все еще в пределах ограничений. Некоторые компании начинают тревоги при наблюдении как минимум двойной скорости роста концентрации газов, указывающих на неисправность.
- Реализуйте многоуровневые реакции. Уровень тревоги 1: требуется расследование. Уровень тревоги 2: необходимо принять меры в течение нескольких недель, и частоту отбора проб следует увеличить. Уровень тревоги 3: выведите оборудование из рабочего контура или немедленно вмешайтесь.
- Убедитесь, что ваши тревоги адаптированы к уникальной истории парка.
Протокол реагирования на предупреждения
Каждая тревога должна иметь зафиксированную реакцию, иначе она может остаться просто звуком без реального смысла. Создайте руководство по процедурам:
- Зарегистрируйте и признайте тревогу в CMMS с указанием ответственного за тревогу.
- Проанализируйте информацию: если она основана на уровне, рейтинге или сигнале онлайн-датчика, сравните её с прошлыми данными и нагрузкой оборудования.
- Получите образцы и подтвердите это с помощью DGA и тестов качества масла, если это тревога онлайн DGA; возьмите образец для подтверждения показаний.
- Классифицируйте её в соответствии с IEEE C57.104 / IEC 60599 и найдите вероятный тип ремонта.
- Переместите её на соответствующий уровень: увеличьте частоту выборки, организуйте инспекцию или выведите оборудование из эксплуатации.
- Проверьте ещё раз: сравните реакцию с оригинальной тревогой.
Руководство гарантирует, что ни одна тревога не будет проигнорирована, так как каждая обнаруженная проблема повышает безопасность системы.
| Уровень предупреждения | Сигнал | Владелец | Целевое время реакции |
|---|---|---|---|
| Желтый | Полоса осторожности, медленная скорость газа | Инженер по обслуживанию | 1–2 недели |
| Оранжевый | Высокая полоса или растущая скорость | Менеджер по активам | В течение нескольких дней |
| Красный | Серьезная полоса или событие Бухгольца | Менеджер по операциям | Немедленно |
Превращение данных обслуживания в ранние предупреждения
Эффективность системы предупреждений зависит от чистоты данных. Вот несколько хороших практик, которые могут улучшить эффективность системы предупреждений:
- Документируйте условия тестирования для каждой взятой пробы: нагрузка, температура масла и окружающая температура, так как концентрация газа и уровень влажности различаются в зависимости от температуры.
- Используйте идентичную лабораторию, чтобы устранить несоответствия между лабораториями в годовых данных.
- Иметь центральный репозиторий для истории машин, включая испытания при вводе в эксплуатацию, данные, полученные от DGA, ремонты, перегрузки и т.д.
- Интегрируйте данные в график планирования обслуживания, чтобы предупреждения вызывали создание рабочих заказов, а не отправку электронных писем кому-то, кто может взять выходной.
В результате наличие последовательных данных делает каждое ежегодное тестирование DGA гораздо более чем бюрократической формальностью.
Стоимость слоев предупреждений
Стоимость инфраструктуры предупреждений низка по сравнению с убытками, которые она предотвращает. Оценочные затраты составляют около $50,000 в год для каждого флота из 100 распределительных единиц.
| Уровень | Типичная годовая стоимость | Что это предотвращает |
|---|---|---|
| Ежедневные обходы операторов (10 мин/день) | $300–$1,500 | Утечки, неисправности охлаждения, видимые повреждения |
| Годовой пакет DGA + качество масла | $350–$900 за единицу | Неисправности изоляции, влажность, загрязнение |
| Годовые электрические испытания (IR, соотношение и т.д.) | $300–$1,500 | Ухудшение обмоток и изоляции |
| Комплекс онлайн-мониторинга (критические единицы) | $25,000–$120,000 (капитальные затраты) + $1,000–$8,000/год | Непрерывное нарастание газов и PD |
| Избежанная замена (20–60 MVA) | — (экономит $250K–$1.5M) | Катастрофическая неисправность |
Вся история заключается в разрыве в цифрах: стоимость полной инфраструктуры предупреждений для флота из 100 распределительных единиц составляет около $50,000–150,000 в год. В свою очередь, потенциальная стоимость замены сгоревшего трансформатора средней мощности составляет $250,000–1.5 миллиона.
Общие подводные камни в системах предупреждений
- Усталость от сигналов: Операторы не обращают внимания на сигналы из-за плохо установленных уровней тревоги. Всегда используйте многоуровневые сигналы и проверяйте статистику сигналов раз в квартал.
- Игнорирование дрейфа базового уровня: Неправильная корректировка показаний DGA текущего года по сравнению с прошлым годом с учетом нагрузки и температуры приводит к ложным паттернам.
- Отсутствие обязательств: любая тревога становится не тревогой, если не указано, кто должен на нее реагировать.
- Упор на датчики, забывая о базовых принципах: Ни один онлайн-монитор не может превзойти хорошие соединения, чистые вводы и правильную настройку защиты.
- Задержка действий: Наиболее частой причиной избегаемых неисправностей трансформаторов является не пропуск сигнала, а задержка в выполнении корректирующих действий после его обнаружения.
Часто задаваемые вопросы
Каковы основные предупреждающие знаки начинающейся неисправности трансформатора?
Наиболее заметными признаками являются повышенные уровни газа во время DGA (водород, этилен, ацетилен), увеличение показаний температуры при постоянной нагрузке, более низкие уровни пробивного напряжения масла и более высокое содержание влаги в масле, а также любые новые звуковые или визуальные доказательства, полученные во время ежедневных проверок. Согласно стандартам IEEE C57.104, TDCG выше 720 ppm или уровни газа, которые удвоились с одного образца на другой, должны рассматриваться с осторожностью.
Как часто следует тестировать трансформатор для обеспечения раннего предупреждения?
Правильно функционирующий трансформатор должен подвергаться DGA каждые 1-3 года; с другой стороны, силовые трансформаторы необходимо тестировать ежегодно. В случае возникновения любого рода предупреждения, перегрузки или срабатывания Бухгольца, лучше всего провести немедленное тестирование, а затем продолжать его в течение следующих 3-6 месяцев, чтобы собрать всю соответствующую информацию. Устройства онлайн-мониторинга могут стоить от $25,000 до $120,000, но, учитывая, что они обеспечивают непрерывный мониторинг, они, похоже, стоят потраченных денег.
В чем разница между предупреждением и сигнализацией в мониторинге трансформаторов?
Предупреждение показывает, что что-то не так, и, следовательно, требуется расследование через заранее определенные интервалы (например, DGA, показывающий уровни 720-1920 ppm TDCG). Сигнал тревоги, с другой стороны, показывает достигнутый критический уровень, такой как 1,920 ppm TDCG, срабатывание Бухгольца или повышение температуры масла в диапазон 90–95°C, и меры должны быть приняты немедленно. Предупреждения обрабатываются обслуживающим персоналом, в то время как сигналы тревоги должны обрабатываться операционным отделом.
Сколько стоит программа обслуживания трансформаторов и предупреждений?
Для трансформатора среднего размера стоимость полного обслуживания, а также DGA, тестирования качества масла и электрических испытаний в течение года обычно составляет около $1500–$5000. Кроме того, покупка онлайн-мониторов обойдется нам в $25,000-$120,000, помимо ежегодных затрат. Однако, по сравнению с возможными затратами на замену в размере $250,000–$1,500,000, расходы на программу кажутся выгодными.
Может ли онлайн-мониторинг заменить отбор проб масла?
Нет, хотя устройства непрерывного онлайн-мониторинга DGA помогают отслеживать тенденции и предотвращать возникновение проблем, лабораторный DGA по-прежнему является лучшим способом измерения характеристик масла с точки зрения точности и расчета газа. Хорошей практикой является мониторинг работы онлайн-устройств, но всегда следует проводить подтверждающие тесты в лабораториях для значительных результатов, полученных в ходе онлайн-испытаний.
Ссылки
- IEEE C57.104: Руководство по интерпретации газов, образующихся в масляных трансформаторах — Справочник по пороговым значениям DGA и классификации состояния.
- IEC 60599: Руководство по интерпретации DGA в минеральных маслах. — Международная основа для интерпретации газа в старом оборудовании.
- IEC 60422: Руководство по надзору и обслуживанию минеральных изоляционных масел. — Пределы качества масла и рекомендации по частоте мониторинга.
- IEC 60076-7: Руководство по нагрузке для масляных силовых трансформаторов — Пределы температуры и рекомендации по нагрузке, которые информируют о пороговых значениях предупреждений.
- CIGRÉ — Технические брошюры по мониторингу состояния и управлению активами трансформаторов.
- IEEE — Данные рабочей группы по надежности и стандарты мониторинга для трансформаторов.
- Jiangsu Subian Electric Power — Производитель трансформаторов, соответствующий IEC 60076, поддерживающий готовые к мониторингу конструкции и рекомендации по обслуживанию.
Заключение
Техника обнаружения дефектов трансформатора состоит не только из датчика или теста, но и из множества объединенных систем. Существуют физические симптомы, выявляемые во время ежедневных проверок, химические реакции, определяемые при тестировании, а также анализ тенденций, который помогает понять собранную информацию, а также постоянный мониторинг, необходимый для определенных трансформаторов. Пороговые значения берутся из стандарта IEEE C57.104, а также IEC 60599, и различные реакции обеспечиваются через протоколы.
- Ежедневные проверки, тестирование, тенденции и постоянный мониторинг — это то, что необходимо для полного охвата того, что нужно контролировать.
- Пороговые значения должны быть установлены по уровням, а также с сигналами тревоги с повышающейся частотой, с квартальными обзорами.
- Реагируйте на каждую тревогу в соответствии с протоколами, с документированным ответственным владельцем за процедуру.