Умные трансформаторы
Cиловые трансформаторы десятилетиями оставались одними из самых консервативных элементов энергосетей. Но в наши дни такое положение дел уже не может сохраняться: к трансформаторам предъявляются новые требования, вынуждающие их превращаться в умные устройства.
В новых умных сетях трансформаторам приходится обслуживать многочисленные ВИЭ-генераторы с различными параметрами вырабатываемой мощности, обеспечивая необходимое качество энергии. Понятно, что, работая в составе умной сети, трансформаторы не могут оставаться «глупыми». При этом никто не отменял и традиционные требования в виде невысоких затрат на приобретение и обслуживание, максимально длительного срока службы, улучшенных средств мониторинга и упрощения сервиса.
В эпоху перемен
«Жизнь» трансформаторов, установленных в критически важных узлах электросети, не назовёшь безмятежной. Отказ подобного оборудования может обойтись очень дорого, поэтому оно должно иметь максимальную надёжность. При всплесках нагрузки - как плановых, так и неожиданных - резко повышается температура внутри трансформатора, он испытывает серьёзные механические напряжения, что чревато сокращением срока его службы. Более того, неожиданный выход трансформатора из строя может запустить цепь отключений и привести сеть к настоящему хаосу, за которым последуют финансовые, юридические и другие проблемы. Сетевые компании вынуждены постоянно контролировать состояние своих трансформаторов, чтобы успеть принять меры до того, как произойдёт отказ.
системы контроля и передачи данных
Свежие веяния в энергетике добавляют владельцам трансформаторов новых забот. Так, небольшие местные производители электроэнергии обзавелись генераторами на ВИЭ, которые всё время меняют направления потоков энергии в распределительной сети. Другой пример - растущая популярность электромобилей, зарядные станции для которых нарушают привычные графики энергопотребления в сети и могут приводить к перегрузкам распределительных трансформаторных подстанций. Эти и другие тенденции недвусмысленно говорят о том, что в распределительных сетях всё чаще нужны трансформаторы с системами мониторинга состояния и управления такого уровня, который ранее был доступен только для магистральных сетей.
На пульсе
Кроме того, необходимо выстраивать современные системы дистанционного электронного контроля оборудования. Наиболее совершенные из них сегодня включают ряд умных датчиков, отслеживающих состояние всех основных элементов трансформатора: сердечника, обмоток, масла, вводов, переключателей ответвлений.
Постоянно контролируя «здоровье» критически важных компонентов трансформаторов, можно значительно повысить надёжность сети. В отличие от традиционного подхода с периодическими осмотрами оборудования на местах эксплуатации (после отключения напряжения), новый метод позволяет получать информацию в реальном времени, причём дистанционно. Умные датчики настраиваются так, чтобы, обнаружив существенные изменения параметров, они сразу передавали данные об этом в автоматизированную систему диспетчерского контроля и управления (SCADA) подстанции.
В качестве примера комплексной системы мониторинга параметров трансформатора приведём TEC (transformer electronic control) компании ABB. В эту систему входят датчики температуры окружающей среды, трансформаторного масла и обмоток. Отслеживаются также токи в обмотках и параметры переключателя ответвлений (температура масла, суммарное количество переключений, степень износа контактов).
Поскольку температурные датчики везде поставить невозможно, в TEC используются специальные расчётные тепловые модели - как для самого трансформатора, так и для переключателя ответвлений. По этим моделям контроллер вычисляет температурное поле внутри трансформатора и в случае выявления «горячих точек» тут же оповещает о них оператора.
Благодаря дистанционному контролю у компании нет необходимости отправлять инженера для обследования энергообъекта, что выливается в экономию ценных человеческих и временных ресурсов. Поскольку мониторинг идёт в режиме реального времени, сетевой оператор может предотвратить намечающийся отказ оборудования.
Система TEC собирает и передаёт на пульт оператора информацию и с других умных датчиков, которые могут быть установлены на трансформаторе. Например, датчиков давления, наличия в масле газа, контроля вводов, газовых реле (реле Бухгольца) и др. В результате владелец оборудования получает единый дружественный к пользователю веб-интерфейс с доступом ко всем контрольным приборам и возможность отлаживать тепловую модель, сравнивая реальное поведение трансформатора при переменных нагрузках с ожидаемым.
Сила прогресса
Рынок электроэнергии меняется прямо на наших глазах, вынуждая энергетические компании перестраивать инфраструктуру её передачи и распределения. Правительства устанавливают нормативные требования, призванные повысить долю энергии, получаемой из генераторов на ВИЭ, таких как солнце и ветер. В отличие от привычных централизованных ТЭС и АЭС, подобных генераторов очень много, они невелики и распределены по большим территориям.
Быстрый рост нестабильной по своей природе децентрализованной генерации приводит к увеличению флуктуаций напряжения в распределительных сетях, а иногда - и к его выходам за допустимые пределы. В этих условиях критически важен оперативный обмен информацией между узлами сети, служащий цели автоматической балансировки выработки и потребления. И, по нашему убеждению, умные трансформаторы должны играть в этом процессе одну из центральных ролей, откуда - необходимость постоянно управлять ими и отслеживать их состояние.
Количество - в качество
Для контроля состояния мощных трансформаторов традиционно используются специализированные приборы с некоторым количеством релейных выходов, предназначенных для оповещения операторов об изменении условий работы трансформатора - выдачи «тревожных» сигналов. Фактически это разновидность систем РЗА. Сегодня наметилась тенденция передавать данные от устройств мониторинга через подстанционные SCADA-системы в региональные центры управления. Используя стандартные промышленные протоколы связи, такие как IEC 61850, эти устройства могут передавать данные от нескольких раз в сутки до нескольких раз в минуту. Поскольку растёт как число точек контроля и измеряемых параметров в каждом трансформаторе, так и количество контролируемых трансформаторов, даже у небольшого сетевого предприятия образуется мощный поток данных. Раньше информация от контрольных устройств обрабатывалась вручную, но при резко возросших объёмах данных это практически невозможно. Для превращения потока данных в полезную информацию жизненно необходима их автоматизированная обработка.
в центр управления сетями
«Коллективный разум»
Производители энергооборудования откликнулись на эту потребность. Так, ABB предлагает «Центр "здоровья" материальных ресурсов» (asset health center) - интеллектуальную платформу, позволяющую сетевым компаниям организовывать бизнес-процессы по управлению оборудованием так, чтобы повышать надёжность трансформаторных подстанций, минимизируя затраты на эксплуатацию и сервис, а заодно и снижая риски. При этом поступающие необработанные данные преобразуются в информацию, имеющую практическую ценность для принятия управленческих решений.
«Центр "здоровья" материальных ресурсов» ABB объединяет данные из различных источников, в том числе мониторинговых устройств, отдельных датчиков и систем планирования ресурсов предприятия (ERP), баз данных и т. п. Информация обрабатывается по алгоритмам, которые могут из текущих условий вывести рекомендации для управленцев. Система также ранжирует всё оборудование по вероятности отказов, чтобы его собственнику было легче планировать обслуживание, ремонт или замену.
Отечественные изготовители силовых трансформаторов также не стоят на месте. Так, масляные силовые трансформаторы ТМ, ТМГ, ТМГС мощностью 16-2500 кВ·А компании «Трансформер» могут по заказу комплектоваться цифровым устройством, обеспечивающим дистанционный контроль за ключевыми характеристиками: температурой, уровнем и давлением масла. Сигнал передаётся на диспетчерский пункт по каналам телеметрии PLC или GSM. Российские умные трансформаторы могут применяться в составе трансформаторных подстанций для обеспечения энергоснабжения объектов различного назначения - жилищного комплекса, инженерной инфраструктуры, промышленности, транспортной системы и т. д.
Читайте другие наши материалы
