1

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

1

Diagnostyka on-line

i systemy ekspertowe

dr inż.Krzysztof Walczak

Diagnostyka

2

Diagnostyka on-

line…

Dlaczego diagnostyka on-line

transformatorów?

- transformator jest

najdroższym elementem systemu,

+ koszt nowego transformatora 1.500.000 do 5.000.000

zł,

-

wiele transformatorów osiągnęło przewidziany przez

projektanta wiek życia technicznego,

+ w Polsce około 70% osiągnęło 30-35 lat, gdyż szczyt

zakupów w energetyce zawodowej przypadł na lata 60-70,

+ większość z nich pracuje nadal, gdyż przez cały okres

swojej pracy były niedociążane,

Wykład

Elektrotechnika, V rok

2

Diagnostyka

3

Diagnostyka on-

line…

Dlaczego diagnostyka on-line

transformatorów?

(cd

…)

-

rozwój technik pomiarowych i wzrost ich dostępności

(także systemy komunikacji),

-

możliwość przyspieszenia a nawet zautomatyzowania

procesów decyzyjnych oraz ruchowych,

-

oszczędności wynikające z odejścia od wykonywanych

przez wykwalifikowany personel regularnych badań
urządzenia oraz lepsze wykorzystanie możliwości
samego urządzenia.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

4

Diagnostyka on-

line…

Co to

są systemy ekspertowe?

Systemy,

które pozwalają na śledzenie stanu urządzenia i jego ocenę

w oparciu o

kompleksową, nierzadko skomplikowaną, analizę.

Systemy eksperckie

są powiązane z systemami monitoringu (czujniki,

mierniki) oraz

układami akwizycji danych, które dostarczają materiał

do analizy.

Efektem

działania systemu jest generowanie alarmów lub raportów,

gdy przekroczone

zostaną zdefiniowane limity dla śledzonych

parametrów, lub, w przypadku systemów bardziej zaawansowanych,
szacowanie aktualnego stanu

urządzenia, określanie stopnia jego

zużycia,

wskazywanie

możliwości

przeciążenia,

sterowanie

wybranymi

układami, lub podawanie zalecanych czynności jakie

powinna

przeprowadzić obsługa.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

3

Diagnostyka

5

Diagnostyka on-

line…

Co

można monitorować w transformatorze?

Zestawienie defektów występujących w transformatorze i mierzonych wielkości pozwalających

na ich wykrycie

Ogólnie

Szczegółowo

Zjawisko

Sygnał mierzony

Elementy
metalowe nie
przewodzące

Rdzeń

Przegrzanie laminacji

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Napięcie
Wodór (średnie przegrzanie)
Wiele gazów, szczególnie etan, etylen i metan
(umiarkowane lub groźne przegrzanie)

Ramy

Mocowania
Taśmy
Ekrany
Ścianki kadzi

Przegrzanie wskutek
prądów wirowych
Strumień rozproszenia

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Napięcie
Wiele gazów, szczególnie etan, etylen i metan

Uziemienie rdzenia

Ekrany magnetyczne

Pływająca ziemia
rdzenia i ekranu
powoduje wyładowania
elektryczne

Wodór lub wiele gazów
Pomiar akustyczny lub elektryczny wnz

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

6

Diagnostyka on-

line…

Izolacja
uzwojeń

Celuloza: papier,
preszpan, drewno

Lokalne i ogólne
przegrzania i nadmierne
starzenie

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Względne nasycenie wilgocią w oleju
Wiele gazów, szczególnie tlenek węgla,
dwutlenek węgla i tlen

Groźne przegrzanie typu
hot-spot

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Wilgoć w oleju
Wiele gazów, szczególnie tlenek węgla,
dwutlenek węgla, etan, wodór i tlen

Zawilgocenie

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Względne nasycenie wilgocią w oleju

Generacja pęcherzyków

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Ogólna procentowa zawartość gazów
rozpuszczonych w oleju
Prądy na zaciskach
Względne nasycenie wilgocią w oleju
Wodór
Pomiar akustyczny lub elektryczny wnz

Wyładowania niezupełne
Wyładowania łukowe

Wodór lub wiele gazów
Pomiar akustyczny lub elektryczny wnz

Wykład

Elektrotechnika, V rok

4

Diagnostyka

7

Diagnostyka on-

line…

Izolacja ciekła

Zawilgocenie

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Względne nasycenie wilgocią w oleju

Wyładowania niezupełne
Wyładowania łukowe

Wodór
Pomiar akustyczny lub elektryczny wnz
Wodór i acetylen
Lokalne przegrzania: etylen, etan, metan

System
chłodzenia

Wentylatory

Pompy

Uszkodzenie elektryczne

Prądy silników (wentylatorów, pomp)
Temperatura oleju w górnej warstwie

Urządzenia
pomiarowe

Pomp i wentylatorów
Uszkodzenie lub
niedokładność indykatora
temperatury oleju w
górnej warstwie lub
indykatora temperatury
uzwojeń lub alarm

Prądy na zaciskach
Temperatura otoczenia
Temperatura oleju w górnej warstwie
Prądy na zaciskach

Wewnętrzne drogi
przepływu chłodziwa

Defekt lub fizyczne
uszkodzenie w układzie
sterowanego przepływu
oleju

Zlokalizowany punkt
gorący hot-spot

Temperatura oleju w górnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Tlenek węgla i dwutlenek węgla

Radiatory i chłodnice

Wewnętrzne lub
zewnętrzne zatkanie
radiatorów dające złą
wymianę ciepła

Temperatura oleju w górnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

8

Diagnostyka on-

line…

Prognozowa-
nie temperatur
oleju i
uzwojeń

Przeciążanie
transformatora

Temperatura oleju w górnej i dolnej warstwie
Temperatura otoczenia
Prądy na zaciskach
Wilgoć w oleju
Wiele gazów, szczególnie tlenek węgla,
dwutlenek węgla i tlen

Przełącznik
zaczepów

Zużycie

Prądy na zaciskach
Położenie przełącznika zaczepów
Prąd silnika napędu

Izolatory
przepustowe

Przegrzanie

Termiczne zniszczenie
izolacji

Pomiar współczynnika strat dielektrycznych
oraz pojemności

Wykład

Elektrotechnika, V rok

5

Diagnostyka

9

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

izolatorów przepustowych

Realizuje

się przez ciągły pomiar prądu upływu

przepustów,

z

wykorzystaniem

zacisku

pomiarowego.

Równocześnie mierzy się prąd wszystkich
trzech faz.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

10

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

izolatorów przepustowych

Jeśli przepusty w trzech fazach są identyczne i
napięcie fazowe jest takie samo, to suma
prądów upływu tych przepustów równa się
zeru.

Na

podstawie

znajomości

wartości

początkowych oraz aktualnych odczytów,
można określić, który z przepustów ulega
degradacji i jak zmienia

się jego pojemność.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

6

Diagnostyka

11

Diagnostyka on-

line…

Przykład uszkodzenia

Asymetria

prądów upływu świadczy o

degradacji izolacji jednego z

przepustów

(T106).

Zwiększająca się wartość sumy

trzech

prądów

upływu

wskazuje

na

postępujący proces uszkodzenia izolacji. Taki
przypadek

występuje w transformatorze

T232.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

12

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

izolatorów przepustowych – przykład rozwiązania

komercyjnego

Adapter

IDD

TM

pozwala na

detekcję pogarszania się

własności

izolacji

w

układzie

sterowania

rozkładem

pola,

powierzchni

wewnętrznej

przepustu oraz izolacji rdzenia

poprzez

określenie

zmian

pojemności oraz współczynnika strat

dielektrycznych.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

7

Diagnostyka

13

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów

System

monitorujący przełączników zaczepów rejestruje

prąd łukowy podczas przełączania i oblicza całkę działania
∫i²dt. Skumulowana całka działania świadczy o zużyciu
styków i przekroczenie wartości dopuszczalnej uruchamia
alarm.

System

monitorujący rejestruje

prąd pobierany przez silnik napędu
przełącznika zaczepów. Przebieg
tego

prądu w cyklu przełączania

odpowiada momentowi na wale
napędu. Ustalono dopuszczalne
wartości

momentu

podczas

kolejnych

operacji

(napinanie

sprężyn, obrót części aktywnej w
głowicy, itp.). Przekroczenie tych
wartości świadczy o uszkodzeniu
mechanizmów.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

14

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów

Całka działania w funkcji ilości operacji łączeniowych
określa stan zużycia styków. Przekroczenie dopuszczalnej
wartości sygnalizuje potrzebę wymiany styków. W ten
sposób realizuje się postulat użytkownika o dokonywaniu
(kosztownych)

przeglądów w miarę potrzeb a nie według

kalendarza.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

8

Diagnostyka

15

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów

Moment na wale

napędu zmienia się w czasie przełączania

zaczepów, w miarę wykonywania kolejnych operacji
mechanicznych. Przekroczenie momentu ustalonego dla
danej operacji

świadczy o pęknięciu sprężyny, wadliwym

ustawieniu

styków wybieraka, uszkodzeniu przekładni, itp.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

16

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów

Monitorowanie

przełączników zaczepów z dławikami

(stosowanych

w

Ameryce)

przez

pomiar

różnicy

temperatury oleju w kadzi

przełącznika i transformatora.

Temperatura oleju w kadzi

przełącznika powinna być

niższa w normalnych warunkach od temperatury oleju w
kadzi

transformatora.

Jednakże

wyładowania

w

przełączniku powodują wzrost temperatury oleju w kadzi
przełącznika i uruchomienie alarmu.

Prąd obciążenia

Temperatura oleju w kadzi
transformatora

Temperatura oleju w kadzi
przełącznika zaczepów

Wykład

Elektrotechnika, V rok

9

Diagnostyka

17

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów –

przykład rozwiązania komercyjnego

Urządzenie

szacuje

zużycie

poszczególnych

elementów

przełącznika określając czas do
najbliższego

przeglądu

lub

wymiany.

Przy wyznaczaniu

poszczególnych

parametrów urządzenie posługuje
się bieżącymi wskazaniami oraz
złożonym algorytmem bazującym
na

doświadczeniu firmy w zakresie

OLTC (np. liczy takie parametry
jak:

zwęglenie styków oraz

oleju).

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

18

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

podobciążeniowego przełącznika zaczepów –

przykład rozwiązania komercyjnego

Poszczególne funkcje

Urządzenia TAPGUARD 240

Historia przeglądów Menu główne

Zużycie i przewidywanie Ustawienia użytkownika

Wykład

Elektrotechnika, V rok

10

Diagnostyka

19

Diagnostyka on-

line…

Monitoring temperatury

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Do pomiaru temperatury oleju

najczęściej stosuje się konwencjonalne metody z

wykorzystaniem

czujników oporowych lub termopar. Przy pomiarach w głębi

uzwojenia stosowane

są obecnie krzemowe światłowody. Wprowadzane są w

wybrane miejsca

uzwojeń już w trakcie produkcji. Umieszcza się je przede

wszystim w przewidywanych

„gorących punktach” (hot spot). Światłowód może

zostać umieszczony w specjalnym wydrążonym kanale znajdującym się w
profilowym przewodzie nawojowym,

bądź jest po prostu na nim nawinięty, lub

poprowadzony

wzdłuż wybranej drogi wewnątrz uzwojenia.

Umieszczenie czujnika światłowodowego
w przewodzie profilowym

Wykorzystanie

światłowodów do pomiaru temperatury może być oparte na:

- zmianie charakterystyki widmowej absorpcji energii,

- zmianie

współczynnika odbicia i długości drogi optycznej,

- wykorzystaniu zjawiska Ramana w

światłowodach kwarcowych.

Diagnostyka

20

Diagnostyka on-

line…

Monitoring temperatury

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Pomiar

rozkładu temperatury można uzyskać przez zastosowanie specjalnego

układu pomiarowego, wykorzystującego zmianę współczynnika odbicia w
światłowodzie pod wpływem temperatury. Półprzewodnikowy laser wysyła
nanosekundowe impulsy promieniowania,

które biegnąć wzdłuż światłowodu

ulegają częściowemu odbiciu od miejsc w rdzeniu światłowodu o różnej
temperaturze,

wzdłuż jego całej długości. Zatem wartości powracających

sygnałów cząstkowych zawierają informacje o rozkładzie temperatury, jaki
występuje wzdłuż trasy włókna.

11

Diagnostyka

21

Diagnostyka on-

line…

Monitoring temperatury

– przykład rozwiązania komercyjnego

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Parametry

Ilość kanałów

2, 4, 6, or 8

Zakres pomiaru

-30 to +200°C

Dokładność

±2°C

Komunikacja

RS-232 and RS-485 available

Temperatura pracy

-40 to 70°C

Diagnostyka

22

Diagnostyka on-

line…

Monitoring zawilgocenia oleju

Wykład

Elektrotechnika, V rok

W sondzie wykorzystano cienki film polimerowy (mikrometrowy),

którego

pojemność zmienia się w obecności wody (bo następuje zmiana stałej
dielektryznej od 3 do 4).

Przyrząd

mierzy

aktywność

wody, czyli

wartość względną

odniesioną do stanu nasycenia
oleju. Wynik jest

niezależny od

efektów starzenia i temperatury.

12

Diagnostyka

23

Diagnostyka on-

line…

Monitoring zawilgocenia oleju

– przykład rozwiązania

komercyjnego

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Aby

otrzymać wartość wyrażoną w PPM należy wykonać specjalne przeliczenie

na bazie modelu

określonego dla danego typu oleju.

Diagnostyka

24

Diagnostyka on-

line…

Monitoring zawilgocenia oleju

– przykład rozwiązania

komercyjnego

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Wskazania czujników podczas pracy

Porównanie wskazania czujnika

z wynikami metody Karla Fischera

13

Diagnostyka

25

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok



Gdy intensywność wzrasta i temperatura osiąga 700

o

C, produkowany

jest

C

2

H

2

i

C

2

H

4



Jeśli celuloza poddana jest temu procesowi, produkowane są

CO

i

CO

2

1. Uszkodzenia termiczne

A)

Wyładowania niezupełne



Olej i celuloza degradowane są przez różne mechanizmy



Wyładowania niezupełne wytwarzają zjonizowane gazowe pęcherze



Wyładowania małej intensywności produkują

H

2

z małą ilością

węglowodorów i

C

2

H

2

2. Uszkodzenia elektryczne

Diagnostyka

26

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

B

) Wyładowania łukowe



Duże prądy i temperatury



Mogą wystąpić tuż przed zwarciami



Wysoki poziom

C

2

H

2

i

H

2

produkowany jest przy osiągnięciu

temperatury powyżej 1000

o

C. Mała ilość węglowodoru powstaje przy

niższych temperaturach wokół luku



CO

i

CO

2

pojawia się jeśli celuloza bierze udział w tym zjawisku

2. Uszkodzenia elektryczne

14

Diagnostyka

27

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Gazy generowane podczas przebić/wyładowań w oleju dielektrycznym

WODÓR

H

2

METAN

CH

4

ETAN

C

2

H

6

ETYLEN

C

2

H

4

ACETYLEN

C

2

H

2

s

k

ła

d

n

ik

i g

a

z

o

w

e

250

750

1000

1250

1500

1750

500

Temperatura (

°C )

2000

Diagnostyka

28

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Gazy generowane podczas wyładowań w izolacji papierowej

sk

ła

d

n

ik

i g

a

zo

w

e

Temperatura (

°C)

200

250

300

100

500

400

TLENEK WĘGLA

CO

DWUTLENEK WĘGLA

CO

2

15

Diagnostyka

29

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

0

1

2 .4

3 .2

3 .6

H 2

C H 4

C 2 H 4

C 2 H 6

C 3 H 6

C 2 H 2

C 3 H 8

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

40 0

50 0

60 0

7 0 0

w

a

rt

o

ś

ć

s

tę

ż

e

n

ia

[

p

p

m

]

m ie s i ą c e

b a d a n y g a z

P rzyros t gazów zawa rtyc h w ole ju

trans form ator ow ym w funkc ji czas u

Diagnostyka

30

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Technologia

HYDRAN

®

H

2

CO

SYGNAŁ

H

2

CO

O

2

V

+

_

OGNIWO

MEMBRANA

16

Diagnostyka

31

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok



Zakres pomiaru: 0 - 2000 PPM lub 0-10 000 lub 0-50 000 PPM



Czas odpowiedzi przy zmianie o 90% 10 minut



Czuły na H

2

, CO, C

2

H

2

i C

2

H

4



Dokładność:



10% odczytu



25 ppm dla H

2

Parametry czujnika:

Diagnostyka

32

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

HYDRAN

®

HOST

17

Diagnostyka

33

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

34

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

18

Diagnostyka

35

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

36

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

19

Diagnostyka

37

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

zawartości gazów rozpuszczonych w oleju (DGA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

38

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Program DINO

Program

wspomagający

diagnozowanie

stanu

izolacji

transformatora

energetycznego. Program DINO

umożliwia:

• Tworzenie i zarządzanie bazami zawierającymi wyniki kompleksowego badania oleju

transformatorowego,

historię eksploatacji transformatora oraz informacje potrzebne do jego

jednoznacznej identyfikacji.

• Diagnozowanie stanu izolacji transformatora metodami DGA. W programie wdrożono 16

algorytmów diagnostycznych odpowiadających następującym metodom: wartości
granicznych wg wytycznych Energopomiaru i

IEPŁ, ilorazów, tablicy sprawdzianów, ANSI,

IEC edycja I i II, CIGRE, LABORELEC, niemieckiej (dwie wersje), rosyjskiej,

japońskiej,

Rogers'a, Duvala, Dornenburga.

• Tworzenie wykresów obrazujących zmienność w czasie wszystkich pomierzonych

parametrów oleju transformatorowego. W przypadku gazów rozpuszczonych w oleju można
śledzić zmienność ich stężeń, przyrostów i ilorazów charakterystycznych w czasie. Jeśli
użytkownik zdecyduje się na obserwację zmian stężeń gazów to może również przywołać
przebiegi

pokazujące zmienność powiązanych z nimi deskryptorów statystycznych, takich

jak:

średnia, odchylenie średnie, mediana, skośność i smukłość.

20

Diagnostyka

39

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

40

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy

ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Program

DGA

Expert

System

Software v.3.0

Program

wykorzystuje

arkusze

Excel’a.

Gromadzone

informacje

charakteryzujące transformator oraz
wyniki badania chromatograficznego
próbki

oleju.

Uwzględniane

są

następujące gazy: H2, N2, O2, CO,
CO2, CH4, C2H4 i C2H6. W celu
interpretacji pomierzonych

wartości

stężeń gazów wykorzystuje się
metody:

gazów kluczowych, Rogersa

i

wytyczne

normy

IEEE/ANSI

C57.104.

21

Diagnostyka

41

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Program Transformer Oil Analyst v.3.3.

Program

wspomagający

diagnozowanie

stanu

izolacji

transformatora

energetycznego. W analizie wykorzystuje metody logiki rozmytej i sieci neuronowej.

Diagnostyka

42

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

22

Diagnostyka

43

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

44

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

23

Diagnostyka

45

Diagnostyka on-

line…

Analiza DGA

– programy ekspertowe

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

46

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych

Pomiar

wyładowań niezupełnych pozwala na ocenę stanu izolacji

transformatora. Podstawowe cele jakie

mogą być zrealizowane to:

• detekcja wnz,

• identyfikacja defektów,

• lokalizacja defektów.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Obecnie stosowane i rozwijane metody pomiaru wnz

pozwalające na monitoring

on-line to:

• metoda pomiaru sygnału emisji akustycznej (EA),

• metoda pomiaru sygnały wysokiej częstotliwości (UHF).

24

Diagnostyka

47

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Emisja akustyczna jest to grupa zjawisk

polegających na generacji fal

sprężystych (akustycznych lub wibroakustycznych), powstających w wyniku
wyzwalania energii

wiązań międzycząsteczkowych (odkształcenia, pękanie,

przemiany fazowe).

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Fala emisji

akustycznej

Przetwornik

piezoelektryczny

Układ

pomiarowy



detekcja



pomiar



rejestracja



interpretacja

zarejestrowanych

sygnałów

Sygnał

napięciowy

Źródło wnz

Diagnostyka

48

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Typowy

układ do pomiaru emisji akustycznej zbudowany jest z

następujących elementów:

• przetwornika akustycznego,

• przedwzmacniacza,

• układu do kondycjonowania sygnałów EA składającego

się m.in. z wzmacniaczy i filtrów,

• karty przetwornika analogowo-cyfrowego oraz komputera
osobistego ze specjalistycznym oprogramowaniem

umożliwiającym interpretację zarejestrowanych sygnałów EA.

Hydrofon TC4035

firmy Reson

Stykowy mikrofon

piezoelektryczny

2510M4A firmy

ENDEVCO

25

Diagnostyka

49

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Elementy układu do pomiaru sygnału EA:

Przedwzmacniacz

Wstępne wzmocnienie sygnału z przetwornika

Układ kondycjonujący

Filtrowanie

sygnału (poniżej 20 kHz)

Regulowane wzmocnienie

sygnału

Diagnostyka

50

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

1) system Vallen AMSY-5

2) System PowerPAC

26

Diagnostyka

51

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

3) System monitoringu wnz
metodą akustyczną – prototyp
Instytutu

Elektroenergetyki

Politechniki

Poznańskiej

Diagnostyka

52

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

3) System monitoringu wnz

metodą akustyczną – prototyp Instytutu

Elektroenergetyki Politechniki

Poznańskiej

27

Diagnostyka

53

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

54

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Panel sterujący

Wysokorozdzielcza

analiza częstotliwościowa

Rejestracja sygnału i analiza

w dziedzinie czasu

Analiza w dziedzinie

czasowo-

częstotliwościowej

Blok automatycznej identy

fikacji defektów generujących wnz

Blok analizy sygnałów EA i wstępnej identyfikacji defektów generujących wnz

Blok kontroli procesu akwizycji i wyboru metod

analizy sygnałów EA

Program NEURONIX

(sztuczna sieć neuronowa)

Porównanie z bazą wzorców

(analiza korelacyjna)

ID

E

N

TY

FIKA

C

JA

ID

E

N

TY

FIKA

C

JA

28

Diagnostyka

55

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

I n t e r n e t

Dane

Zarządzanie przesyłem

danych przy użyciu

technologii DataSocket

TM

Detekcja, akwizycja

i identyfikacji wnz

(LabVIEW z programem

PD-Identyfikator)

Układ pomiarowy

Komputer-klient

Komputer-klient

Komputer-serwer

Zdalne sterowanie procesami
detekcji, analizy i identyfikacji

wnz (LabVIEW z programem

PD-Identyfikator)

O

bserwacja wyników

procesu identyfikacji wnz

(przeglądarka stron WWW)

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda EA)

Diagnostyka

56

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda UHF)

Wyładowanie niezupełne powoduje zaburzenie pola elektromagnetycznego,
które rozchodzi się wokół defektu z prędkością bliską prędkości światła. Impulsy
wywołane przez wyładowanie niezupełne mogą być zarejestrowane przez sondę
polową.

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Fala elektro-

magnetyczna

Antena

Układ

pomiarowy



detekcja



pomiar



rejestracja



interpretacja

zarejestrowanych
sygnałów

Sygnał napięciowy

Źródło wnz

Fala elektro-

magnetyczna

Antena

Układ

pomiarowy



detekcja



pomiar



rejestracja



interpretacja

zarejestrowanych
sygnałów

Sygnał napięciowy

Źródło wnz

29

Diagnostyka

57

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda UHF)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Typowy

układ do pomiaru wnz za pomocą sond antenowych

składa się z następujących elementów:

• anteny (pojemnościowej, indukcyjnej),

• wzmacniacza,

• przetwornika analogowo-cyfrowego (oscyloskop cyfrowy)
oraz

komputera

osobistego

ze

specjalistycznym

oprogramowaniem

umożliwiającym

interpretację

zarejestrowanych

impulsów wnz.

Sonda

pojemnościowa

Sonda indukcyjna

Diagnostyka

58

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda UHF)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Antena umieszczona w otworze specjalnie
zrobionym w kadzi

Antena wprowadzana
przez

zawór olejowy

30

Diagnostyka

59

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda UHF)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Multiplekser

Analizator

spektrum

Oscyloskop cyfrowy

do anteny

Oprogramowanie do

akwizycji danych

Anteny:

pasmo od 200 do 2000 MHz

Oscyloskop & analizator:
próbkowanie do 10 GHz

Przewody:
bezindukcyjne o niskim
tłumieniu

Diagnostyka

60

Diagnostyka on-

line…

Monitoring

wyładowań niezupełnych (metoda UHF)

Wykład

Elektrotechnika, V rok

31

Diagnostyka

61

Diagnostyka on-

line…

Systemy ekspertowe monitorowania stanu transformatora

Wykład

Elektrotechnika, V rok

System TEC jest dostarczany wraz z tzw.

„elektroniczną kopią

transformatora” obejmującą między innymi dane projektowe i wyniki
pochodzące z prób grzania.

Diagnostyka

62

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

1. Temperatura

górnej warstwy

oleju

Jeżeli czujnik jest uszkodzony,
temperatura jest obliczana na
podstawie temperatury dolnej
warstwy.

2. Temperatura Hot-spot

Obliczona

temperatura

„gorących punktów” uzwojenia
(górnego i dolnego napięcia),
zgodnie z

normą IEC 60354

(1991-09).

3. Temperatura dolnej warstwy
oleju

Jeżeli czujnik jest uszkodzony,
temperatura jest obliczana na
podstawie temperatury

górnej

warstwy.

32

Diagnostyka

63

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

4.

Prąd

w

uzwojeniach

górnego napięcia

5.

Prąd

w

uzwojeniach

dolnego

napięcia

6. Temperatura otoczenia w
miejscu

nasłonecznionym i

zacienionym

7.

Czas

do

najbliższych

czynności serwisowych

8. Wyznaczony na podstawie
temperatur

i

odpowiednich

algorytmów

ujętych

w

odpowiednich normach

stopień

zestarzenia

dla

gorącego

punktu

9.

Pozycja

i

temperatura

przełącznika zaczepów

10.

Wskazanie

czujnika

wodoru

Diagnostyka

64

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

11.

Chłodzenie

Pokazuje

status

chłodnic.

Odpowiednie kolory

pokazują,

czy

dana

chłodnica

jest

włączona, czy nie.

12. Przewidywane

możliwe

przeciążenie

transformatora,

przy

obecnych

odczytach

temperatury oleju i hot spot.

13.

Stopień zawilgocenia oleju

14. Data i czas ostatniego
update’u strony

15.

Największe obciążenie

jednostki

16. Temperatura rdzenia

17.

Wybór

jednostki

dla

wskazań temperatury (Celcius,
Farenhait)

18. Wylogowanie z systemy

33

Diagnostyka

65

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Bardziej zaawansowane funkcje i informacje
są dostępne po wejściu we właściwości
danego

pomiaru/układu.

Użytkownik ma również wgląd w historię,
czyli np. zmiany dobowe

obciążenia lub

temperatury w ostatnim czasie.

System

pozwala

na

równoczesny

monitoring do 9

transformatorów

Diagnostyka

66

Diagnostyka on-

line…

Systemy ekspertowe monitorowania stanu transformatora

Wykład

Elektrotechnika, V rok

System DRMCC posiada

budowę modułową (dotyczy to zarówno

oprzyrządowania jak i oprogramowania) dobieraną stosowanie do
potrzeb transformatora, z

którym ma współpracować. System DRMCC

monitoruje i steruje jednym transformatorem.

34

Diagnostyka

67

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Temperatury:
-

górnej warstwy

- otoczenia
- hot spot
-

uzwojeń

- dolnej warstwy

System chłodzenia:
- uszkodzenie
wentylatora/pompy
- uruchamianie
wentylatorów/pomp
- inne uszkodzenia sytemu
chłodzenia
-

status systemu chłodzenia

Przełącznik zaczepów:
-

wskaźnik położenia

- licznik
(dla danego położenia)
- poziom oleju

Alarmy:
-

gwałtowny wzrost ciśnienia

- niski/wysoki poziom oleju
-

ciśnienie azotu

Rdzeń i cewki:
- gazy rozpuszczone
- zawilgocenie oleju
-

obliczony czas życia izolacji

Diagnostyka

68

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

35

Diagnostyka

69

Diagnostyka on-

line…

Systemy ekspertowe monitorowania stanu transformatora

Wykład

Elektrotechnika, V rok

System MS2000

udostępnia użytkownikowi szczegółowy zestaw

informacji na temat

poszczególnych elementów transformatora.

Zintegrowane

z

systemem

oprogramowanie

pozwala

na

przeprowadzenie

obliczeń cieplnych (wg IEC) oraz sterowanie układem

chłodzenia.

Diagnostyka

70

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Wielkości i stany monitorowane:
1)

temperatura oleju w

górnej

warstwie,

2)

temperatura otoczenia,

3)

prąd obciążenia,

4)

napięcie,

5)

ciśnienie oleju w przepustach,

6)

zawilgocenie oleju,

7)

zawartość gazów w oleju,

8)

pozycja PPZ,

9)

zapotrzebowanie

na

moc

napędu PPZ,

10) status

wentylatorów i pomp.

MS2000 Server

Sensory

System monitorujący

36

Diagnostyka

71

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Diagnostyka

72

Diagnostyka on-

line…

Systemy ekspertowe monitorowania stanu transformatora

Wykład

Elektrotechnika, V rok

System

pozwala

na

gromadzenie w bazach danych
informacji

pozyskiwanych

w

trybie on-line i off-line, oraz
wypracowanych

na

ich

podstawie

prognoz.

Po

przetworzeniu

napływających

danych

generowne

ą: (1)

informacje o aktualnym stanie
transformatora,

(2)

sygnały

ostrzegawcze i alarmowe oraz
(3) zalecenia dalszych

działań

eksploatacyjnych.

SMT05

37

Diagnostyka

73

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Lp.

Sygnał

Źródło sygnału

Liczba

sygnałów

Uwagi

S

YGNAŁY ANALOGOWE

Prądy, napięcia, moce

1

Prąd przewodowy

SCS

9

3 fazy, GN, DN,

uzw. trójkątowe

2

Napięcie przewodowe

SCS

9

3 fazy, GN, DN,

uzw. trójkątowe

3

Moc

SCS

3

GN, DN, uzw.

trójkątowe

Temperatury

4

Temperatury otoczenia

własny układ

pomiarowy

3

5

Temperatury oleju w górnej
warstwie

SCS + własny układ

pomiarowy

1)

2



4

2 do 4 czujników

2)

6

Temperatury oleju w górnej
warstwie w komorze
przełącznika zaczepów

własny układ

pomiarowy

1



2

1



2 czujniki

2)

7

Temperatura rdzenia

SCS

1



2

8

Temperatury oleju na wlocie
i wylocie z chłodnicy

własny układ

pomiarowy

8

4 chłodnice

2)

Diagnostyka

74

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Poziom oleju, zawartość wilgoci oraz koncentracja gazów

9

Poziom oleju w konserwatorze
i komorze przełącznika
zaczepów pod obciążeniem

własny układ

pomiarowy

2

3)

10

Zawartość wilgoci oraz
koncentracja gazów
rozpuszczonych w oleju

układ pomiarowy

producenta

2

AMS



500 Plus



Calisto

Sygnały z odczepów pomiarowych izolatorów GN i DN

11

Przepięcia docierające do
transformatora

własny układ

pomiarowy lub

SCS

4)

6

pakietów

3 fazy, GN, DN

12

Prąd upływu izolatorów
przepustowych

własny układ

pomiarowy

2

GN, DN

13

Pojemność izolatorów
przepustowych

własny układ

pomiarowy

6

3 fazy, GN, DN

14

Stratność dielektryczna
izolatorów przepustowych

własny układ

pomiarowy

6

3 fazy, GN, DN

38

Diagnostyka

75

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Moc pobierana przez napęd PPZ

15

Moc pobierana przez napęd
PPZ

własny układ

pomiarowy

1 pakiet

5)

S

YGNAŁY ZWIĄZANE ZE ZDARZENIAMI

16

Stan pomp i wentylatorów
(włączone



wyłączone)

SCS

4 + 12

4 chłodnice, po 3

wentylatory na

każdą

17

Przepływ oleju w chłodnicach
(jest



niema)

SCS

4

4 chłodnice

Zadziałanie zabezpieczeń transformatora

18

Przekaźnik gazowo



podmuchowy (Buchholtz)

SCS

5

Przekaźnik główny

(2 położenia), 3

przekaźniki w

komorze PPZ (1

położenie)

19

Zawór bezpieczeństwa

SCS

1

20

Zawór odcinający klapowy

SCS

1

Diagnostyka

76

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Sygnały z układu PPZ

21

Dane operacyjne

SCS

pakiet

Zapis przełączenia,

data, pozycja

22

Zablokowanie pracy napędu

SCS

1

23

Sygnalizacja położeń skrajnych

SCS

2

24

Sposób przełączania (ręczne,
automatyczne)

SCS

2

Sygnały z regulatora napięcia silnika PPZ

25

Przekroczenie napięcia
roboczego transformatora

SCS

1

26

Przekroczenie prądu roboczego
transformatora

SCS

1

27

Stan regulatora (dobry, zły)

SCS

1

30

Napięcie zasilania regulatora
(jest



niema)

SCS

31

Przekroczenie zakresu regulacji

(tak



nie)

SCS

1

39

Diagnostyka

77

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Sygnały z szafy sterowniczej transformatora

32

Zadziałanie zabezpieczenia
prądowego chłodnicy

SCS

4

4 chłodnice

33

Zadziałanie zabezpieczeń
prądowych silników pomp
i wentylatorów

SCS

16

4 chłodnice

z 3



ma

wentylatorami

34

Zadziałanie zabezpieczenia
głównego szafy sterowniczej

SCS

1

35

Wyłączenie napędu PPZ

SCS

1

36

Załączenie styczników
grupowych

SCS

4

Grupa



chłodnica

+ 3 wetylatory

37

Sygnalizacja pracy I i II grupy

SCS

2

Diagnostyka

78

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

40

Diagnostyka

79

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

SMT05

Diagnostyka

80

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Syndis

ES

Tabela 1.

Lista sygnałów zbiorczych

Lp.

Opis sygnału

Stan

1

Wzbudzenie

ostrzegawczy

2

Przewzbudzenie

alarmowy

3

Przewzbudzenie

awaryjny

4

Jakość oleju

ostrzegawczy

5

Jakość oleju

alarmowy

6

Poziom oleju

ostrzegawczy

7

PPZ zakłócenia

ostrzegawczy

8

PPZ zakłócenia

alarmowy

9

PPZ błąd dekodera kodu BCD

alarmowy

10

Poziom oleju PPZ

ostrzegawczy

11

PPZ nieoperatywny

alarmowy

12

PPZ uszkodzenie

awaryjny

13

Chłodzenie zadziałanie
zabezpieczeń

alarmowy

14

Chłodzenie nieoperatywność

alarmowy

15

Brak chłodzenia

awaryjny

16

Temperatura

ostrzegawczy

17

Przegrzanie

alarmowy

18

Przegrzanie

awaryjny

19

Izolatory

– zmiana pojemności

alarmowy

20

Izolatory

– przepięcia

ostrzegawczy

21

Status MM

ostrzegawczy

22

Status MM

alarmowy

23

Dopuszczalne parametry
eksploatacyjne

obliczane (*)

41

Diagnostyka

81

Diagnostyka on-

line…

Wykład

Elektrotechnika, V rok

Syndis

ES