Данная статья содержит информацию о системе менеджмента состояния силовых трансформаторов в зарубежных странах, как одного из самых важных и дорогих элементов в системе распределения энергии.
Ключевые слова: диагностика, трансформаторы, техническое состояние.
В зарубежных странах, как и в России, силовые трансформаторы играют ключевую роль в системе распределения электрической энергии, однако, многие из них были установлены 30 и более лет назад. Было установлено, что по достижению трансформатором возраста 50 лет количество его отказов возрастает до 50 %. Была построена соответствующая кривая, график приведен на рисунке 1.
Рис. 1. Частота повреждений трансформатора как функция от срока эксплуатации [1]
В силу того, что силовые трансформаторы являются одним из наиболее дорогостоящих элементов, поэтому в большинстве случае принимается решение продолжать эксплуатировать трансформаторы с большим сроком эксплуатации. Поэтому становятся крайне актуальными вопросы поиска новых подходов и методов мониторинга, диагностики, оценки состояния, технического обслуживания, ремонта и оценки возможности продления срока службы эксплуатации этих трансформаторов без потери надежности.
На рисунке 2 в общем виде представлена схема система менеджмента состояния трансформаторов в забежных странах, включающая:
− мониторинг состояния;
− планы выполнения технического обслуживания и ремонта;
− оценку старения и срока эксплуатации.
Каждая составляющая будет рассмотрена далее.
Рис. 2. Система менеджмента состояния трансформаторов [2]
Старения является неотъемлемой частью эксплуатации оборудования и определяется как комплексные и необратимые изменения свойств ввиду влияния одного или нескольких факторов. Установлено, что именно система изоляции претерпевает наибольшее изменения в процессе эксплуатации трансформатора. Рисунок 3 демонстрирует факторы старения и вызванные ими механизмы старения изоляции.
Рис. 3. Факторы и механизмы старения изоляции [2]
Для контроля технического состояния трансформатора, в том числе процессов старения изоляции, применяется мониторинг состояния, который связан с применением и разработкой специального оборудования и методов и направлен на определение зарождающихся повреждений в трансформаторе, которые могут образоваться во время его эксплуатации ввиду старения элементов трансформаторов. Некоторые из зарождающихся повреждений могут быть определены во время планового технического облуживания. Однако, большинство из них могут произойти в промежутках между проверками.
Внедрение данной системы имеет следующий достоинства уменьшение затрат на ремонт ввиду определения повреждений на ранней стадии, уменьшение вероятности полного выхода оборудования из строя, определение причин возникновения повреждений.
С другой стороны, существует множество препятствий на пути внедрения сданной системы, среди которых высокая стоимость мониторинга и необходимого для его проведения оборудования, увеличение сложности систем контроля и коммуникации, необходимость применения новых и высокоскоростных систем обработки поступающей информации, необходимость в организации мест хранения полученных данных.
На рисунке 4 приведены типы планов технического обслуживания (стратегий ремонта). Определения, а также достоинства и недостатки будут приведены далее.
Рис. 4. Планы (стратегии) технического облуживания и ремонта
Корректирующее ТО подразумевает выполнение ремонта после повреждения. После того, как стало возможным определять последствия повреждений, данный тип стал использоваться только для определения незначительных дефектов, которые не имеют серьезных последствий на работу, например, повреждения периферии.
Применение такой стратегии экономит трудовые ресурсы, избавляет систему от ненужных отключений в силу уменьшает количества проверок. Однако, она обладает и рядом более важных недостатков, к примеру, тот факт, что некоторые повреждения могут быть неремонтопригодными, если не будут обнаружены на ранней стадии, и могут привести к полному выходу оборудования из строя, то означает потерю дохода, который в некоторых случаях превышает стоимость регулярных проверок.
Целью ремонта и технического обслуживания, основанных на определении надежности, является оптимизация плана технического обслуживания, в основе которого лежит анализ риска. Индекс риска может быть получен как произведения вероятности повреждения на индекс последствий от повреждения. Индекс последствий от каждого повреждения может быть найден исходя из статистических данных о повреждениях такого типа трансформаторов или экспертных оценок. Еще в 2006 г. было доказано, что количество проверок снижается на 50 %, а общие затраты уменьшаются на 30–40 %. Однако, для внедрения такой системы необходима база данных о повреждениях, полученных от множества трансформаторов, и персонал высокой квалификации для проведения расчетов.
В основе стратегии предупреждающего технического обслуживания проведение ремонта только тогда, когда это необходимо (обнаружены зарождающие повреждения), что позволяет сохранить трудовые затраты, сократить количество отключения оборудования, обеспечить низкую вероятность полного выхода оборудования из строя. Существует два типа: регламентная и стратегия ремонта по техническому состоянию.
Регламентная стратегия основана на проверках и ремонте трансформаторов с определенными интервалами в соответствии с установленным графиком. Она может предотвратить множество повреждений, но при этом вызывает частые отключения оборудования для проведения технического обслуживания, несет трудовые, временные и финансовые затраты, если интервал является слишком коротким. Но при этом, если интервал будет слишком большим, повреждения могут произойти в интервала между проверками и останутся незамеченными до следующего технического обслуживания.
Есть различные подходы к осуществлению данной стратегии: ремонт и техническое обслуживание могут проводиться непрерывно, по расписанию или по запросу. Наиболее широко применяемой является стратегия постоянного мониторинга состояния трансформатора. Другие подходы позволяют уменьшит затраты на мониторинг, что является наиболее значительной проблемой проведения непрерывного мониторинга. Однако, применений стратегии требует быстрой коммуникации данных, эффективного управления, опытного персонала для разработки системы мониторинга, выбора подходящих характеристик для мониторинга и частоты сбора данных. [2]
В России также намечается переход к стратегии технического облуживания и ремонт по техническому состоянию. Но для этого нужны надежные методы проверки состояния трансформатора в режиме реального времени. [3] Применение существующих на сегодняшний день методов для комплексной диагностики нецелесообразно, требует денежных, трудовых и временных затрат. Одним из аналогов является метод акустической эмиссии [4, 5, 6, 7], к достоинствам которого можно отнести его простоту, дешевизну и применимость к определению нескольких характеристик, экономию времени, возможность проведения проверки в режиме реального времени. [8]
Литература:
- Metwally I. A.: Failures, Monitoring, and New Trends of Power Transformers. IEEE POTENTIALS. MAY/JUNE 2011. Digital Object Identifier 10.1109/MPOT.2011.94023
- Ahmed E. B. Abu-Elanien∗, M. M. A. Salama // Asset Management Techniques for Transformers. ElectricPowerSystemsResearch. — 2010 P. 456–464.
- Тюрюмина А. В., Батрак А. П. // Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов. — Материалы V Международной научно-практической конференции «Проблемы теории и практики современной науки». — Москва: издательство «Перо», 2016. — С. 103–106
- Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. // Акустический способ экспресс диагностики маслонаполненного энергооборудования. — труды XIII Междунар. молодеж. науч. конф. «Интеллект и наука». — Железногорск: Железногор. филиал СФУ, 2013. С. 144–145.
- Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. // Сравнение качественных характеристик трансформаторных масел. — Тяжелое машиностроение. — 2013. — № 3. — С. 41–44.
- Батрак А. П., Чупак Т. М., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. Акустический анализ свойств трансформаторных масел // Тяжелое машиностроение. — 2014. — № 4–5. С. 45–46.
- Батрак А. П., Тюрюмина А. В., Никитина А. В. // Акустическая диагностика как показатель качества свойств трансформаторных масел. — труды XIV Всерос. молодеж. науч. конф. с междунар. уч. «Интеллект и наука». — Железногорск: Железногор. филиал СФУ, 2014. — С. 113–115.
- Тюрюмина А. В., Батрак А. П., Секацкий В. С. // Современное состояние вопроса диагностики силовых трансформаторов. — Современные материалы, техника и технологии. — 2015. — № 3(3). — С. 245–250.
