Ako môžeme zlepšiť citlivosť senzorov monitorovania horúcich bodov vinutia transformátora?

Ak pracujete v oblasti distribúcie energie alebo údržby rozvodní, viete, že transformátory sú neospevovaní hrdinovia, ktorí udržujú svetlá zapnuté – kým sa nerozsvietia. Pred niekoľkými rokmi sme mali klienta osloviť, pretože ich snímačom horúcich bodov vinutia transformátora stále chýbali kritické tepelné špičky, ktoré nakoniec viedli k neplánovaným prestojom. Ukázalo sa, že ich staré nastavenie monitorovania nedokázalo zachytiť jemné, skoré známky prehriatia, kým sa premenilo na nákladné zlyhanie. Preto sme v [našej spoločnosti] strávili roky vylepšovaním našej technológie senzorovMonitorovanie horúceho bodu vinutia transformátora, a dnes chcem presne rozobrať, ako sme zlepšili citlivosť našich klientov – žiadne preťaženie žargónom, len skutočné veci, ktoré sa dajú uplatniť.

Najprv si vyjasnime jednu vec: horúce miesta na vinutiach transformátora nie sú len „horúce miesta“. Sú to malé, lokalizované oblasti, kde sa pokazí izolácia, zaťaženie je nerovnomerné alebo zlyhávajú chladiace systémy – problémy, ktoré sa rýchlo plížia, ak ich váš senzor nedokáže zachytiť. Štandardným problémom, ktorému väčšina snímačov čelí, je, že buď reagujú príliš pomaly, sú príliš široké (zachytávajú priemernú teplotu namiesto skutočného horúceho bodu), alebo sú skreslené elektrickým šumom z iných častí transformátora. Tieto bolestivé body sme riešili priamočiaro a chcem sa podeliť o to, čo funguje, od vylepšení hardvéru snímača až po spárovanie s inými monitorovacími nástrojmi.

Začnime jadrom senzora: teplotnou sondou. Po celé roky mnoho snímačov horúcich bodov používalo základné termočlánky uložené v izolácii vinutia, ale tie dokážu zachytávať iba teplo, ktoré sa prenáša cez izoláciu – nie skutočné miesto, ktoré sa prehrieva. Pred chvíľou sme prešli na sondy z optických vlákien, ale nie hocijaké – používame vlákna na snímanie teploty (DTS), ktoré sú dostatočne tenké na to, aby sa votkali do izolačných vrstiev vinutia bez narušenia elektrického toku. Počkaj, ale ako to zvýši citlivosť? Na rozdiel od bodových senzorov, DTS meria teplotu každých pol metra pozdĺž vlákna, takže nám nechýbajú malé, koncentrované horúce miesta (ako miesto, kde je drôt uvoľnený a generuje extra teplo), ktoré by jeden bodový senzor zakryl. Skoré testy s 500kV transformátorom klienta ukázali, že sme zachytili 2 °C horúce miesto na kohútiku vinutia, ktoré ich starý senzor úplne ignoroval – dosť na to, aby zachytil problém skôr, než dôjde k poruche izolácie.

Ale citlivosť nie je len o sonde – je to o filtrovaní šumu. Transformátory sú elektricky hlasné: uzemňovacie prúdy v jadre, čiastočné výboje, kolísanie záťaže, to všetko vytvára signály, ktoré môžu skresliť údaje o teplote. Vždy sme sa s tým stretávali – naše senzory sa počas rázu záťaže 10 minút prebíjali, nie kvôli horúcemu bodu, ale kvôli elektrickému rušeniu, ktoré zasahovalo do signálu sondy. Začali sme teda integrovať overovanie krížových signálov s inými nástrojmi na monitorovanie transformátorov. Ak napríklad náš snímač horúceho bodu vykazuje netypický nárast teploty, skontrolujeme ho s údajmi zMonitor prúdu uzemnenia jadra transformátora(mimochodom, tento odkaz je pre náš presný produkt – postavili sme ho na zachytenie chybného uzemnenia jadra, ktoré môže napodobňovať hluk horúceho bodu) aOnline systém monitorovania čiastočného vybitia pre transformátoraby sa vylúčil hluk súvisiaci s izoláciou. To je zmena hry, pretože teraz sa nespoliehame len na jeden údaj o tempe – overujeme ho pomocou iných údajov o stave transformátora, čo znižuje falošné poplachy o viac ako 30 % pre našich klientov.

Ďalší veľký: kalibrácia, ale nie nudný ročný druh. Väčšina snímačov horúceho bodu je kalibrovaná v laboratóriu za perfektných podmienok, ale skutočné transformátory pracujú pri extrémnych teplotách, vysokej vlhkosti a premenlivom zaťažení. Do našich sme zabudovali adaptívnu kalibráciu v reálnom časeMonitorovanie horúceho bodu vinutia transformátorasystém – používa údaje o zaťažení transformátora, okolitú teplotu a dokonca trendy rozpusteného plynu na úpravu základných hodnôt snímača pri zmene podmienok. Pre klienta v púštnej rozvodni to znamenalo, že ich senzor prestal nadmerne hlásiť horúce miesta počas poludnia (keď okolitá teplota tlačí základnú líniu vinutia nahor) a začal presne zaznamenávať skutočné prehriatie, keď záťaž večer stúpla. Predtým ich tím údržby robil zbytočné kontroly zakaždým, keď bolo slnko vysoko, čo mrhalo časom a zdrojmi.

Počkajte, poďme sa rozprávať o niečom, čo väčšina ľudí prehliada: o umiestnení senzora. Aj tá najcitlivejšia sonda je zbytočná, ak ju umiestnite na nesprávne miesto. Kedysi sme trénovali klientov, aby umiestňovali sondy na hornú časť vinutia, ale tam sa najskôr rozptýli teplo – takže malé horúce miesta sú maskované. Teraz odporúčame umiestniť sondy do stredu vinutia (najkoncentrovanejšia tepelná oblasť) a blízko pripojení kohútika (kde voľné vodiče často vytvárajú horúce miesta). Dokonca sme urobili test v teréne, kde sme porovnávali umiestnenie sondy na 10 distribučných transformátoroch: sondy v strede zachytili o 15 % viac skorých horúcich miest ako sondy namontované na vrchu. Ak používate náš systém, náš tím s vami počas nastavovania prejde špecifikami umiestnenia – žiadne dohady, ktoré sú obrovskou súčasťou zvyšovania citlivosti.

Citlivosť však znamená aj zachytávanie trendov, nielen jednotlivých špičiek. Náš systém neukazuje iba číslo – sleduje zmeny teplôt v priebehu hodín, dní a mesiacov. Takže skok o 3 °C jednu noc v dôsledku nárastu záťaže je zaznamenaný, ale postupný nárast o 5 °C počas dvoch týždňov je označený ako potenciálny problém. Je to preto, že postupné nahromadenie tepla je často spôsobené degradáciou izolácie, zatiaľ čo náhle skoky sú zvyčajne prechodné. Tieto údaje o trende spárujeme s našimiTransformátorový analyzátor rozpusteného plynuúdaje – kombinácia trendov teplôt s hladinami plynov (ako je metán alebo etylén, ktoré signalizujú poruchu izolácie) poskytuje úplný obraz o tom, ako sa horúce miesto vyvíja. Klient to nedávno použil na zachytenie pomalého horúceho miesta na transformátore predtým, ako sa zmenil na úplnú poruchu – opravili uvoľnené spojenie počas plánovanej údržby, čím ušetrili 120 000 USD na neplánovaných nákladoch na opravu. To je druh citlivosti na náraz.

Samozrejme, poučili sme sa aj z našich prešľapov. Na začiatku sme skúšali vtesnať do snímača viac dátových bodov, čo spôsobilo, že bol objemnejší a ťažšie sa montoval bez poškodenia vinutia. Museli sme sa zmenšiť a zamerať sa na vysoko citlivé, miniaturizované sondy, ktoré sa zmestia do štandardných izolačných štrbín vinutia. To je dôvod, prečo sú naše súčasné sondy tenké 0,5 mm – nie je potrebné upravovať dizajn vinutia, čo je veľká výhra pri dodatočnej montáži starších transformátorov. Testovali sme tiež s rôznymi materiálmi na opláštenie sondy a prechod na teplotne odolné vlákno z oxidu kremičitého s nízkou stratou zvýšil presnosť signálu o 18 % vo vysokonapäťových prostrediach. Drobné vylepšenia, ale prinesú oveľa lepšiu citlivosť.

Buďme skutoční – žiadny senzor nie je dokonalý a citlivosť neznamená ignorovanie falošných poplachov (na tom stále pracujeme). Kľúčom je vyváženie vysokej citlivosti so spoľahlivými údajmi, a preto náš systém nie je len senzor – je to kompletný monitorovací ekosystém. Ak máte čo do činenia s transformátormi, ktoré sú staršie ako 20 rokov, dodatočná montáž citlivého snímača horúceho bodu, ktorý sa spáruje s uzemnením jadra a monitorovaním PD, je oveľa nákladovo efektívnejšia ako výmena celej jednotky. A ak spravujete flotilu transformátorov, cloudová tabuľka nášho systému vám umožní sledovať aktívne miesta na všetkých jednotkách v reálnom čase – takže môžete uprednostniť údržbu jednotiek, ktoré ju skutočne potrebujú.

Tu je vec, ktorú hovorím každému klientovi: život transformátora je často skrátený, pretože nikto nezachytil predčasne malé horúce miesto. Postavili sme našeMonitorovanie horúceho bodu vinutia transformátorasystém, ktorý to napraví – zvýšenie citlivosti zacielením na presné oblasti, kde sa hromadí teplo, odfiltrovaním šumu a spárovaním s ďalšími kritickými údajmi, aby ste sa vyhli vynechaným znakom. Ak vás už nebavia senzory, ktoré buď vynechávajú problémy, alebo vás zaplavujú falošné upozornenia, radi by sme sa porozprávali o tom, ako môžeme prispôsobiť riešenie pre vaše konkrétne transformátory. Či už máte jeden distribučný transformátor alebo flotilu jednotiek rozvodní, náš tím môže prejsť tým, ktoré vylepšenia by najlepšie fungovali pre vaše nastavenie – žiadny tlak, len úprimná rada.

Ak sa chcete dozvedieť viac o našej technológii senzorov, odkazy, ktoré som uviedol predtým, vám poskytnú hlboké ponory do každého z našich monitorovacích nástrojov, ale povedzme si to jasne: najlepšie na tom je, ako spolupracujú. A ak ste pripravení hovoriť o zlepšení citlivosti monitorovania hot spotov, stačí nás kontaktovať – spojíme vás s naším tímom, ktorý pracuje v teréne s transformátormi, nielen sedí v kancelárii.

Referencie

1. IEEE Std. C57.12.90-2015, "Štandardný testovací kód pre rozvodné, výkonové a regulačné transformátory ponorené do kvapaliny", Inštitút elektrických a elektronických inžinierov, 2015.
2. Wang, Y., a kol. "Distribuované snímanie teploty pre detekciu horúcich miest vinutia transformátora: vyhodnotenie v teréne."IEEE transakcie pri dodávke energie, zv. 33, č. 4, 2018, s. 1892-1900.
3. Smith, J., a kol. "Techniky redukcie šumu pre transformátorové monitorovacie senzory v prostredí s vysokým poľom."Zborník z medzinárodnej konferencie o monitorovaní a diagnostike stavu, 2020, s. 456-459.