Мониторинг состояния распределительных устройств высокого напряжения: практическое руководство по полевым датчикам

Распределительное устройство высокого напряжения редко выходит из строя без предупреждения. Обычно он первым сигнализирует об этом — сустав, который нагревается на несколько градусов с каждой четвертью, слабый разряд, который появляется только при повышении влажности, автоматический выключатель, время закрытия которого сместилось на несколько миллисекунд. Мониторинг состояния — это метод раннего обнаружения этих уведомлений, в то время как исправление по-прежнему является задачей обслуживания, а не отчетом о сбое.

Далее следует практический взгляд на то, что стоит измерять, как ведут себя датчики, оказавшись внутри реального отсека, и как построить схему мониторинга, подходящую для уже эксплуатируемого вами распределительного устройства.

Что на самом деле измеряет мониторинг состояния

Мониторинг состояния распределительных устройств высокого напряжения часто описывается как набор датчиков, но на практике это краткий список вопросов, которые постоянно задаются. Что-нибудь становится слишком горячим? Изоляция начала разрушаться? Механизм переключения по-прежнему ведет себя так же, как в день ввода в эксплуатацию? Изолирующая среда цела? Каждый вопрос имеет свою собственную технологию измерения, свои ограничения по установке и свой собственный признак отказа.

Не для каждой установки нужны все семь. Распределительной подстанции с умеренной нагрузкой и регулярными проверками может потребоваться только контроль температуры и частичных разрядов, в то время как сильно нагруженный промышленный распределительный щит с ограниченным доступом обычно требует более полного оснащения.

Почему это важнее, чем следует из паспортной таблички

Распределительное устройство находится в месте, где сеть можно переконфигурировать, изолировать и защитить, что делает его одним из немногих активов, где единственный сбой может вывести из строя всю секцию шин. Прямые затраты на ремонт редко являются самой крупной статьей в счете. Сбои в производстве, последовательность перезапусков, повреждение последующего оборудования и последствия внутренней дуги для безопасности — все это происходит вместе, и они приходят без предварительной записи.

Тепловые и изоляционные нарушения также развиваются медленно. Неплотное соединение шин может занять месяцы, чтобы достичь опасной температуры, а пустота внутри изолятора из литой смолы может периодически разряжаться в течение года, прежде чем она просочится по поверхности. Именно это медленное развитие делает мониторинг полезным: он превращает скрытый процесс в линию тренда, которую можно просмотреть и принять меры во время запланированного отключения.

Температура: самое распространенное раннее предупреждение

Тепловые проблемы являются наиболее распространенной и наиболее предотвратимой проблемой в распределительных устройствах среднего и высокого напряжения. Контактное сопротивление возрастает при вибрации, повторяющихся операциях и окислении, и каждый дополнительный миллиом проявляется в виде тепла. В закрытых отсеках теплу некуда уходить, поэтому небольшой дефект может незаметно обостриться.

• Кабельные наконечники и конусы напряжения, где качество заделки имеет решающее значение
• Болтовые соединения шин и гибкие связи между секциями
• Контакты-тюльпаны и узел подвижных контактов внутри гидромолота
• Задние подключения трансформаторов тока и ограничителей перенапряжения

Волоконно-оптические датчики остаются эталонным решением для прямых контактных измерений, поскольку они невосприимчивы к электромагнитным помехам и не помещают металлические части в область сильного поля. Беспроводные датчики на батарейках легче модернизировать, но для этого требуется план замены батарей, а инфракрасные окна хорошо подходят для периодического сканирования, но ничего не сообщают вам между посещениями. Какой бы путь вы ни выбрали, значение получается из стабильного базового уровня и сравнения с течением времени, а не из одного показания.

Частичный разряд: проверка на наличие проблем с изоляцией

Частичный разряд – это звук приходящей в упадок изоляции. Он проявляется в виде внутренних пустот в литой смоле, следов поверхности вдоль загрязненных изоляторов, коронного разряда на острых кромках или плавающих частиц внутри газонаполненных отсеков. Поскольку каждый из них создает разные сигнатуры, большинство систем мониторинга комбинируют несколько методов обнаружения, а не полагаются на один.

Датчики переходного напряжения на землю недороги и легко устанавливаются на корпусе, ультразвуковые датчики хорошо определяют поверхностную активность, а УВЧ-переходники обеспечивают чувствительность внутри элегазовых отсеков. Практическая трудность заключается не только в обнаружении, но и в отделении реального разряда от фонового шума, создаваемого приводами, сварочным оборудованием и другими расположенными поблизости нагрузками. Современные системы справляются с этим, сопоставляя фазу, амплитуду и частоту повторения, а также сравнивая показания, полученные при одинаковых условиях нагрузки и влажности.

Онлайн-мониторинг здесь имеет явное преимущество: частичный разряд носит прерывистый характер, а периодическая проверка, приходящаяся на сухой прохладный день, может вообще ничего не зафиксировать.

Состояние выключателя и механическая цепь

Автоматические выключатели являются движущейся частью установки, и большинство их неисправностей начинаются механически. Анализ кривой хода показывает, обеспечивает ли механизм по-прежнему ту скорость и демпфирование, для которых он был разработан, а характеристики тока катушки отключения показывают заедание якоря или деградацию катушки задолго до отказа от срабатывания. Ток двигателя, взводящего пружину, сообщает вам о состоянии смазки и подшипников, а счетчик операций обеспечивает достоверность интервалов технического обслуживания.

Эти электрические и механические измерения целесообразно сочетать с контролем плотности газа в конструкциях с элегазом. Выключатель, который правильно прерывает ток повреждения, но немного потерял давление, все равно представляет собой риск, ожидающий следующего повреждения.

Онлайн-мониторинг или периодическая проверка?

Периодическая проверка по-прежнему необходима — ничто не заменяет визуальную проверку и проверку крутящего момента — но она определяет год выпуска в несколько моментов. Постоянный мониторинг закрывает пробелы. Он имеет тенденцию оправдывать свою стоимость в нескольких узнаваемых ситуациях:

• Распределительное устройство, которое невозможно отключить без остановки производства или критически важного обслуживания.
• Активы в отдаленных, прибрежных, пыльных или влажных местах, где деградация происходит быстрее.
• Старые установки, для которых не хватает запасных частей, а неисправности труднее устранить.
• Подстанции с высоким уровнем короткого замыкания, где последствия внутреннего искрения являются серьезными.

Гибридный подход часто является наиболее разумным: непрерывный мониторинг температуры и частичных разрядов, а также плановая ежегодная проверка, которая использует зарегистрированные тенденции, чтобы решить, где искать в первую очередь.

Соответствие схемы сайту

Компактному кольцевому главному устройству в городской распределительной сети требуется комплектация, отличная от линейки распределительных устройств в металлическом корпусе на сталелитейном заводе. Для блоков кольцевой магистрали приоритетами обычно являются температура окончания кабеля, частичный разряд в компактной системе изоляции, а также целостность газа или вакуума, о которых сообщается по небольшому количеству каналов. Для более крупных линеек температурный охват по зонам и диагностика выключателей имеют больший вес, и соответственно увеличивается объем данных.

Наиболее надежные результаты получаются в проектах, в которых датчики являются частью архитектуры распределительного устройства, а не добавленным впоследствии аксессуаром. Работая через нашу диапазон распределительных устройств высокого напряжения Расположение датчиков, маршруты проводки и порты связи мы планируем на том же этапе, что и планировку шин и отсеков.

KYN28A-24 Бронированное съемное распределительное устройство в металлическом корпусе, 24 кВ Закрытое распределительное устройство 24 кВ в металлическом корпусе с вакуумными выключателями и механической блокировкой, актуально там, где расположение датчиков и проводка запланированы с учетом компоновки отсека. Посмотреть продукт →

Интеллектуальный внутренний трансформатор среднего напряжения Модульный коробчатый трансформатор для помещений с высоковольтными, трансформаторными и низковольтными помещениями, полезен там, где требуется компактное питание среднего напряжения и упрощенное развертывание. Посмотреть продукт →

Практические детали семинара

От нескольких небольших решений зависит, выдержит ли система мониторинга первые пять лет своего существования. Волоконно-оптические кабели должны прокладываться с минимальным радиусом изгиба и на расстоянии от движущихся частей; кабельная стяжка в неправильном месте нанесет больший ущерб, чем предотвращает датчик. Соединители частичного разряда следует устанавливать с одинаковой ориентацией, чтобы можно было сравнивать показания с разных панелей. Адресация и маркировка датчиков заслуживают внимания с самого начала, потому что тренд бесполезен, если никто не может сказать, к какому разделу он принадлежит.

Ввод в эксплуатацию имеет не меньшее значение. Зафиксируйте базовый уровень при известной нагрузке и условиях окружающей среды, запишите настройки и не поддавайтесь искушению установить слишком жесткие пороговые значения сигнализации. Ранние пороговые значения приводят к нежелательным срабатываниям, нежелательные срабатывания порождают игнорируемые сигналы тревоги, а игнорируемые сигналы сводят на нет все инвестиции.

Работа со строителем, который видит обе стороны

Проектировать мониторинг проще всего, когда одна и та же команда понимает систему изоляции и путь передачи данных. В нашей работе над сухими и масляными трансформаторами, реакторами и распределительными устройствами это означало, что датчики с самого начала рассматривались как часть электрического проекта, при этом диэлектрические зазоры и компоновка отсеков рассматривались вместе, а не по отдельности.

Если вы заказываете новое распределительное устройство, модернизируете существующую линейку или просто задаетесь вопросом, о чем говорят показания на старой панели, наши инженеры рады вместе с вами посмотреть чертежи и предложить схему, соответствующую сайту, а не каталогу. Вы можете поговори с нашей командой на любом этапе проекта.

GTXGN-12 Интеллектуальный кольцевой основной блок с твердой изоляцией Необслуживаемый кольцевой главный блок 12/24 кВ с твердой изоляцией и вакуумной технологией, подходящий для компактных схем распределения и мониторинга состояния. Посмотреть продукт →

Мониторинг состояния – это не сбор данных. Речь идет о знании с разумной уверенностью, что распределительное устройство все равно будет работать, когда его об этом попросят, и о наличии достаточного предупреждения, чтобы действовать до того, как оно перестанет работать.