Микропроцессорная система контроля маслонаполненного оборудования по состоянию масла
Полезная модель относится к области электроэнергетики.
Предлагаемая система предназначена для непрерывного дистанционного контроля работоспособности маслонаполненного оборудования по двум наиболее информативным параметрам - удельному сопротивлению и температуре масла. При этом обеспечивается выдача сигналов в виде цветовой информации по типу "светофор", и возможность передачи их по цифровым, или радио - релейным линиям связи на аварийное отключение, или (и) в централизованную систему диспетчерского управления.
Система включает кондуктометрический датчик с термочувствительной микросхемой, погружаемый в контролируемое масло, конструктивно объединенный с измерительно-индикаторным блоком, содержащим схемы для питания цепей датчика и преобразования сигналов с датчика в нормализованные напряжения, пропорциональные текущим значениям измеряемых параметров.
В систему введена также микропроцессорная схема автоматической коррекции уровней выдаваемых сигналов с учетом закона изменения сопротивления масла с изменением температуры, что существенно упрощает ее эксплуатацию, не требует вмешательства оператора и позволяет, в частности, использовать систему для упреждающей диагностики состояния автономного маслонаполненного оборудования при отсутствии обслуживающего персонала (отдельно стоящий трансформатор).
Использование рассмотренной системы для диагностики состояния маслонаполненного оборудования на подстанциях региона и в турбогенераторах высокоэффективно за счет снижения трудозатрат на плановые проверки оборудования и облегчения труда операторов.
Применение системы обеспечивает возможность централизованного диспетчерского контроля состояния агрегатов, что существенно снижает риск возникновения аварийных ситуаций и выхода из строя дорогостоящего оборудования.
Заявляемое техническое решение относится к области электроэнергетики и транспорта и предназначено для непрерывного дистанционного контроля состояния масла, используемого в качестве электроизоляционной жидкости в мощных трансформаторах, или в качестве смазывающей и охлаждающей жидкости в турбинах и других агрегатах. Преимущественно - на объектах, удаленных от центров обслуживания.
Качество трансформаторных и турбинных масел непосредственно влияет на надежность и безопасность функционирования маслонаполненного оборудования.
Как правило, деградация масла в процессе эксплуатации отслеживается плановым периодическим контролем, что не обеспечивает возможности своевременного принятия мер при возникновении нештатных ситуаций в период между проверками.
Наиболее информативными показателями состояния масла в процессе эксплуатации являются его удельное сопротивление и температура. Большинство факторов, отрицательно влияющих на свойства масла - появление механических примесей, химические процессы, увеличение влажности приводят к снижению его удельного сопротивления. Повышение температуры масла сверх допустимого предела также однозначно говорит о нарушениях в работе маслонаполненного оборудования [1, 2].
Известна система оперативного контроля эксплуатационных характеристик трансформаторного масла [3], которая в настоящее время успешно используется в Казанских электросетях и позволяет выполнять с помощью компьютера экспресс анализ масла по ряду параметров. Однако система не обеспечивает возможности дистанционного контроля удаленных от оператора объектов. Кроме того, при высоких точностных характеристиках система. требует применения ЭВМ, что не всегда приемлемо, особенно в условиях небольших районных подстанций.
Известна также дистанционная система непрерывного контроля и сигнализации о состоянии нефтепродуктов [4]. Система обеспечивает надежный дистанционный контроль и сигнализацию о состоянии маслонаполненного оборудования по удельному сопротивлению и температуре масла. Сигналы по обоим параметрам поступают на пульт оператора по принципу светофора. Нормальное состояние - зеленый сигнал, при отклонении от нормы - желтый, а в случае предаварийной ситуации - красный световой и (или) звуковой сигналы с возможностью автоматического аварийного отключения оборудования. Кроме того, на пульт оператора вынесен цифровой индикатор текущего значения температуры масла. Система успешно эксплуатируется на ряде подстанций, ТЭЦ и ГРЭС ОАО "Татэнерго".
Описанные системы предназначены, в основном, для установки на крупных объектах энергетики, где имеется квалифицированный обслуживающий персонал.
Это связано с тем обстоятельством, что удельное сопротивление трансформаторных и турбинных масел зависит не только от их загрязненности и переувлажнения, но и от температуры [2]. При этом зависимость от температуры весьма велика - сопротивление масла резко, по сложному экспоненциальному закону снижается с ее увеличением. В результате, например, хорошее масло при высокой температуре будет иметь настолько низкое удельное сопротивление (не допускаемое при нормальной температуре), что может произойти ложное аварийное срабатывание системы, не смотря на то, что масло еще обладает удовлетворительными эксплуатационными характеристиками.
Поэтому в каждом конкретном случае, при появлении сигнала системы об угрожающем снижении удельного сопротивления масла, оператору необходимо учитывать показания индикатора температуры, вводить соответствующие поправки и только после этого принимать решение о возможности дальнейшей эксплуатации объекта.
В то же время в энергетике используется большое количество мощных маслонаполненных трансформаторов и турбоагрегатов, удаленных от центров управления, контроль состояния которых осуществляется лишь при плановых периодических проверках. Практика эксплуатации таких объектов показала необходимость применения постоянно действующей системы упреждающей диагностики, которая бы отслеживала и сигнализировала о возникновении угрожающих ситуаций, связанных с ухудшением характеристик масла. Очевидно, что при этом должна также осуществляться автоматическая (без участия оператора) коррекция уровней выдаваемых сигналов по каналу удельного сопротивления с учетом изменения температуры окружающей среды.
При отсутствии персонала (отдельно стоящий трансформатор) система должна обеспечивать возможность передачи скорректированных сигналов по радио- релейной линии связи, или в цифровом виде на центральный диспетчерский пульт. Кроме того, при плановых проверках оборудования система должна иметь выходы для съема информации о фактическом состоянии масла на момент проверки путем подключения к ней ПЭВМ.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает указанные выше требования к диагностической системе. Учитывая вероятность ее эксплуатации при отсутствии оператора, в предлагаемой системе измерительно-преобразовательный блок и пульт оператора объединены в единый измерительно-индикаторный блок (ИИБ), в котором обеспечивается автоматическая температурная коррекция выдаваемых сигналов по величине удельного сопротивления масла. Очевидно, что при этом отпадает необходимость в индикаторах текущих значений температуры и удельного сопротивления масла, которые используются в существующих системах [3, 4] и предназначены для внесения оператором соответствующих поправок в уровни выдаваемых сигналов.
Информация о нормальном состоянии масла (зеленый сигнал), а также предупредительный (желтый) и аварийный (красный) сигналы по контролируемым параметрам (автоматически скорректированные по температуре) поступают непосредственно на выход системы для передачи по радио - релейной линии связи и дублируются цветовыми индикаторами, вынесенными на переднюю панель ИИБ. Кроме того, в системе предусмотрена возможность передачи информации о состоянии масла по цифровым каналам связи, а также непосредственного подключения ЭВМ (типа Ноут-бук) для измерения реальных (не скорректированных) значений параметров масла при плановых выездных проверках маслонаполненного оборудования.
Указанные возможности достигаются за счет того, что кондуктометрический датчик с термочувствительной микросхемой [5] помещается в контролируемое масло. Сигналы с датчика подаются на входы ИИБ, размещаемого непосредственно на верхней части датчика. Такая компоновка сокращает линию связи между датчиком и ИИБ, что снижает погрешности от наводок и утечек при измерении высоких (свыше ГОм) сопротивлений.
В ИИБ сигналы по обоим каналам нормализуются, преобразуются в цифровую форму и подаются на входы микроконтроллера. Процессор микроконтроллера по заданной программе производит автоматическую (с учетом температуры масла) корректировку уровней выходных сигналов по каналу сопротивления. К выходам микроконтроллера подключаются светодиодные индикаторы (показания которых дублируются «сухими» контактами для передачи сигналов по радио- релейной линии связи), а также обеспечивается возможность дистанционной передачи цифровой информации и непосредственного подключения системы к ЭВМ.
Сущность заявляемого технического решения поясняется на рисунке, где представлен вариант реализации полезной модели.
Датчик системы включает плоский многопластинчатый конденсатор С, диэлектриком которого является контролируемая среда, и термочувствительную микросхему с функцией преобразования t/u. Сигналы с датчика по обоим каналам обрабатываются в измерительно-преобразовательном блоке следующим образом:
Сигнал по каналу температуры формируется за счет подачи с ИИБ стабилизированного тока порядка 1 мА на термочувствительную микросхему датчика, вырабатывающую выходное напряжение, равное UT=10t k мВ, где tk - текущая температура масла. Это напряжение с помощью нормирующего усилителя 1 с функцией U/Uн усиливается и преобразуется в нормализованное в рабочем диапазоне напряжение (-5-+5В). Полученный аналоговый измерительный сигнал с помощью АЦП канала температуры 3 преобразуется в цифру и поступает на вход микроконтроллера 5. По заданной программе в микроконтроллере формируются сигналы по типу «светофор», которые поступают на электронный ключ 6, управляющий соответствующими светодиодами канала температуры, и ключ 7 дистанционной передачи сигналов.
Сигнал по каналу сопротивления формируется путем подачи измерительного напряжения на пластины конденсатора С. Возникающий при этом
через эквивалентное сопротивление R ток трансформируется преобразователем (2) в нормализованное напряжение Uн. Через АЦП (4) сигнал по сопротивлению в цифровом виде поступает в микроконтроллер (5), где (в зависимости от сигнала по температуре масла) автоматически корректируется с учетом закона изменения сопротивления масла с изменением температуры. Далее скорректированный сигнал по каналу сопротивления обрабатывается в микроконтроллере аналогично сигналу по каналу температуры и с помощью ключей 8, 9 поступает на выход системы.
Уровни сигналов по обоим каналам программируются в зависимости от типа контролируемого оборудования и марки масла.
В ИИБ предусмотрен также выходной разъем, на который подаются цифровые сигналы по каналам температуры и сопротивления, соответствующие текущим (не скорректированным) значениям контролируемых параметров, что позволяет производить экспресс измерения характеристик масла с помощью ЭВМ (ноутбук) при регламентных выездных проверках маслонаполненного оборудования, а также передавать информацию по цифровым каналам связи.
Литература
1. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М. "Энергоатомиздат", 1983. 295 с.
2. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. Л. "Энергия", 1972. 293 с.
3. Колушев Д.Н., Петрухин Л.В., Ротберт И.Л., Сивелькин В.В., Сидоров Е.П. Система оперативного контроля эксплуатационных характеристик трансформаторного масла. Свидетельство №6066 на полезную модель. Бюлл. "Промышленные образцы" №2, 16.02.98.
4. ГавриловЕ.Б., Ионова И.В., Колушев Д.Н., Лыско В.В., Минина В.Г., Ротберт И.Л., Сидоров Е.П., Широков А.В. Дистанционная система непрерывного контроля и сигнализации о состоянии нефтепродуктов. Свидетельство №29790 на полезную модель. Бюлл. "Промышленные образцы" №15,27.05.2003.
5. Ротберт И.Л., Колушев Д.Н. Датчик для контроля эксплуатационных характеристик нефтепродуктов. Патент на промышленный образец №46987 от 16.03.2000 г, Бюлл. "Промышленные образцы" №3,2000 г.
Микропроцессорная система контроля маслонаполненного оборудования по состоянию масла, содержащая кондуктометрический датчик с термочувствительным элементом, измерительно-преобразовательный блок (ИПБ) и пульт оператора (ПО), включающий схемы выдачи цветовых сигналов о состоянии масла (по типу светофора) и передачи этих сигналов по радиорелейной линии связи, отличающаяся тем, что ИПБ и ПО схемно и конструктивно объединены в единый измерительно-индикаторный блок (ИИБ), размещаемый непосредственно на объекте, при этом из состава ИИБ исключен индикатор текущего значения температуры и дополнительно введена микропроцессорная схема температурной коррекции, которая обеспечивает автоматическую переустановку уровней выдаваемых сигналов по каналу удельного сопротивления с учетом закона изменения сопротивления масла с изменением температуры, при этом скорректированные цветовые сигналы выносятся на переднюю панель ИИБ, а также передаются в централизованную систему контроля и диспетчерского управления.
