Цифровые двойники силового оборудования в электроэнергетической системе

АННОТАЦИЯ 2
Введение 6
1 Анализ состояния оборудования в электрических сетях 11
1.1 Положение ПАО «Россети» о единой технической политике в
электросетевом комплексе 11
1.2 Диагностика состояния силовых трансформаторов 16
1.3 Постановка задачи 17
2 Современные методы диагностики силовых трансформаторов 17
2.1 Физико-химический контроль масла трансформатора 18
2.1.1 Хроматографический анализ растворенных газов 27
2.1.2 Недисперсионный инфракрасный анализ растворенных газов 34
2.2 Измерение характеристик частичных разрядов 40
2.3 Радиометрические методы теплового контроля 48
2.4 Контроль токов и напряжений вводов 51
3 Программная имитация «цифрового двойника» трансформатора 55
3.1 Разработка математической модели 55
3.2 Программная реализация в среде «LabView» 61
3.2.1Контроль токов и напряжений на вводах 62
3.2.2 Контроль концентрации газов в масле 64
3.2.3 Контроль предельного уровня частичных разрядов 65
Заключение 67
Библиографический список 68
Купить

Развитие электроэнергетического комплекса является одним из приоритетных национальных проектов Российской Федерации. Постоянно увеличивающееся потребление электрической энергии требует повышения надежности электроснабжения.
Надежность современных систем производства и распределения электроэнергии в значительной мере определяется надежностью электрооборудования. Аварийные повреждения, часто сопровождающиеся разрушением оборудования, приводят к нарушениям электроснабжения и большому экономическому ущербу в энергосистеме и у потребителей. Особенно значительны потери от отказов оборудования высших классов напряжения, имеющего большую единичную мощность.
Поддержание необходимой степени надежности оборудования в процессе его эксплуатации обеспечивается системой технического обслуживания и ремонтов. Традиционно эта система базируется на периодическом проведении плановых профилактических работ и является системой обслуживания по времени наработки. Применительно к устройствам высокого напряжения такая система не является оптимальной, ибо приводит к неоправданным отключениям работоспособного оборудования.
В поставки электроэнергии имеется три самых важных элемента системы, а именно
- генератор, преобразующий различные виды энергии в электрическую;
- линия электропередачи, металлический проводник, по которому проходит электрический ток;
- трансформатор, электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования, посредством электромагнитной индукции, одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.
Аварийность трансформаторов снижает надежность электроснабжения, приводит к значительным перерывам в передаче электроэнергии, нанося существенный социальный и экономический ущерб потребителям и самой электросетевой компании.
Напряженные графики работы электрических сетей и отсутствие достаточных резервов приводят к необходимости увеличения межремонтных периодов, что при существующей системе технического обслуживания ведет к снижению уровня надежности основного оборудования.
Большие резервы повышения эффективности эксплуатации оборудования высокого напряжения заключены в переходе на техническое обслуживание по реальной потребности. При этом необходимость в обслуживании и ремонте определяется исходя из действительного состояния оборудования.
Переход к обслуживанию оборудования по потребности невозможен без использования надежных методов выявления и оценки его текущего технического состояния. Это и определяет необходимость развития системы технической диагностики.
Необходимость совершенствования системы и методов эксплуатационного контроля электрооборудования определяется также их недостаточной эффективностью. Традиционные методы испытаний разработаны давно и направлены на выявление дефектов, которые, как правило, уже не определяют надежность современного оборудования высокого напряжения. Периодичность испытаний не согласована со скоростью развития дефектов. Все это существенно снижает вероятность своевременного выявления развивающихся повреждений и возможность прогнозирования отказов.
В последние годы были предложены новые методы диагностирования, появилась возможность дистанционного контроля и испытаний без вывода оборудования из работы. Развиты методы контроля, основанные на индикации излучений, связанных с наличием дефектов. К ним относятся методы обнаружения акустических, тепловых и световых эффектов, а также излучений и токов в области радиочастот. Значительное распространение получают методы выявления продуктов старения и разрушения изоляционных материалов.
Все это позволяет создать современную систему эксплуатационного контроля электрооборудования и, что особенно важно, реализовать возможность сигнализации о недопустимом (предаварийном) его состоянии.
Значительный объем работ по диагностированию, включающий не только проведение измерений, но и оценку их результатов, может быть автоматизирован. Применение при этом современной вычислительной техники обеспечивает повышение достоверности контроля и снижение влияния субъективных факторов на его результаты.
Всю массу данных получаемых с непрерывно работающих датчиков целесообразно объединять в единую цифровую программу диагностики. Представляющую собой цифровую копию и программный аналог реального физического объекта (силового трансформатора) - цифрового двойника. Его важной особенностью будет являться, задание на него входных воздействий и состояния различных систем собираемая с датчиков реального устройства, работающего параллельно. Далее возможно сравнение информации виртуальных датчиков цифрового двойника с датчиками реального устройства, выявление аномалий.
Основные положения и отдельные элементы существующей системы технического диагностирования электротехнического оборудования подстанций, линий электропередачи и распределительных сетей были разработаны в СССР еще в 50-60-е годы прошлого столетия. Принципы системы диагностирования были адаптированы к конструктивным и
технологическим особенностям оборудования, организационной и финансовой структуре управления энергетикой того периода. Диагностические подходы и решения, разработанные в то время, в значительной степени продолжают использоваться в Российской энергетике и в настоящее время. Вместе с тем, за прошедшие десятилетия существенно изменились конструкции электросетевого оборудования, технические возможности производителей, требования к эксплуатации, формы собственности, нормативная база и структура управления электроэнергетическим комплексом. Принципиально изменились
информационные системы и подходы к их использованию, обработке и передаче информации, появилась возможность создания комплексных многомерных информационных пространств. Расширился спектр и возможности аппаратуры для диагностирования электросетевого оборудования. Диагностика из чисто технической сферы деятельности в 70¬80-е годы прошлого столетия превратилась в современной мировой энергетике в категорию технико-экономическую. В условиях высочайших законодательных требований к обеспечению энергобезопасности и энергоэффективности, важной задачей является построение полноценной, качественной системы диагностики электросетевого оборудования Единой национальной (общероссийской) электрической сети (далее - ЕНЭС).
Целесообразность применения и выбор систем, методов и средств технического диагностирования определяется в настоящее время целым рядом показателей. В первую очередь это необходимость оценки и снижения уровня рисков потери оборудования, системного ущерба, потерь от недоотпуска электроэнергии и штрафов за нарушение договорных обязательств, требований в сфере экологии и безопасности.
Современные условия развития ЕНЭС требуют от ПАО «Россети» координируемой деятельности по нахождению оптимального баланса между затратами, соблюдением нормативных требований, управлением рисками и достижением стратегических целей. Техническое диагностирование оборудования является ключевым звеном, от качества которого зависит эффективность процессов организации производственной деятельности, стратегического планирования и реновации электросетевых активов.
С целью предупреждения технологических нарушений выполняются работы по регламентному и целевому техническому диагностированию. В основу системы регламентного диагностирования заложены нормативные общефедеральные требования, регламентирующие объём и нормы диагностических испытаний электрооборудования:
«Объём и нормы испытаний электрооборудования» СТО 34.01-23.1-001-2017, введённый в действие приказом ПАО «Россети» от 26.05.2017 №280р, (ранее РД 34.45-51.300-97)
«Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» (2003 г.)
Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35 - 800 кВ (РД 34.20.504-94)
другие документы, дополняющие указанные стандарты.
Полный перечень действующих в ПАО «ФСК ЕЭС» СТО размещен на сайте www.fsk-ees.ru. Современные условия развития ЕНЭС требуют от ПАО «ФСК ЕЭС» координируемой деятельности по нахождению оптимального баланса между затратами, соблюдением нормативных требований, управлением рисками и достижением стратегических целей.
Далее следует выдержка с принятой ПАО «Россети» Концепции развития системы технического диагностирования (протокол от 22.02.2017 № 252), система технического диагностирования основана на трёх основных уровнях.

Купить