Изградба на систем за активна заштита за енергетски трансформатори: од пасивен одговор до активно блокирање

Како основна опрема на електроенергетскиот систем, безбедното и стабилно работење на енергетските трансформатори е директно поврзано со доверливоста на електричната мрежа и безбедноста на снабдувањето со енергија. Сепак, сложената работна средина и многу внатрешни и надворешни фактори претставуваат сериозни предизвици за безбедното работење на трансформаторите. Трансформацијата од „сопирање по настанот“ во „рано предупредување пред настан и блокирање на средината на настанот“ и изградба на активен систем за заштита базиран на панорамско сензорирање и интелигентно одлучување стана неизбежен тренд во развојот на технологијата за безбедно функционирање на тековниот трансформатор. Како нов метод за заштита, технологијата за активна заштита може да открие потенцијални ризици на време пред да се појави дефект, обезбедувајќи силна гаранција за безбедно функционирање на трансформаторот.

I. Важноста на енергетските трансформатори

Како основна опрема за конверзија на напон и пренос и дистрибуција на електрична енергија во електричната мрежа, енергетските трансформатори се директно поврзани со доверливоста и безбедноста на напојувањето на електричната мрежа. Во современите електроенергетски системи, трансформаторите не се одговорни само за претворање на високонапонската електрична енергија произведена од електрани во ултрависоконапонска електрична енергија погодна за пренос на долги растојанија, туку се одговорни и за чекор-по-чекор намалување на високонапонската електрична енергија во нисконапонска електрична енергија што ја користат корисниците, со што се обезбедува ефикасно искористување на електричната енергија и разумна дистрибуција. Покрај тоа, како што побарувачката за електрична енергија во топењето на метали, индустриското производство и други области продолжува да расте, улогата на енергетските трансформатори во обезбедувањето напојување на клучните индустрии станува сè поизразена. Штом трансформаторот ќе откаже, тој не само што ќе предизвика прекин на електричната енергија во локалните области, туку може да предизвика и верижна реакција, што претставува закана за безбедното и стабилно работење на целиот електроенергетски систем. Затоа, обезбедувањето безбедно и стабилно работење на енергетските трансформатори е од големо значење за подобрување на доверливоста на електричната мрежа.

II. Ограничувања на традиционалните модели на заштита и неопходноста од активна заштита

Традиционалната заштита на трансформаторот (како диференцијална заштита, заштита од гас, заштита од прекумерна струја) главно се заснова на прагот на дејство на електрична количина или единечна неелектрична количина и припаѓа на режимот „пасивен одговор“. Сепак, практиката покажа дека дури и ако диференцијалната заштита може да работи со штекерот исклучително брзо во рок од 10 до 20 милисекунди, таа е ограничена со целото време на прекин на самиот прекинувач, што е десетици милисекунди. Пред целосно да се отстрани дефектот на лакот, енергијата на дефектот често се акумулирала доволно за да предизвика пукање на резервоарот за гориво и експлозија на маслото. Дополнително, за процесот на еволуција од мали дефекти на изолацијата (како делумно празнење) до дефекти на продорен лак, традиционалната заштита нема способност да интервенира во средната фаза и лесно е под влијание на минливи процеси како што е налетната струја на возбудување и постои ризик од недоволна чувствителност или дефект.

Активната заштита се разликува од традиционалната заштита од дејство по дефект. Нејзиното јадро лежи во „прво превенција, рана интервенција“. Тој реализира рана идентификација и предупредување за потенцијалните дефекти со следење во реално време на електричните количини на трансформаторот (напон, струја, моќност), неелектричните количини (температура на маслото, ниво на масло, вибрации, содржина на гас) и параметрите на животната средина, во комбинација со анализа на големи податоци и алгоритми за вештачка интелигенција. На пример, преку онлајн мониторинг на растворени гасови (DGA) во трансформаторското масло, може однапред да се откријат скриени опасности како што се стареење на изолацијата и делумно празнење, за да може да се преземат мерки за одржување пред да се појават дефекти.

III. Главни ризици и еволуција на дефекти на безбедното работење на трансформаторот

Внатрешните дефекти на трансформаторот обично еволуираат од латентни во експлозивни. Вообичаените ризици вклучуваат:

• Дефект на изолацијата: предизвикан од стареење на изолацијата, влага, пренапон итн., што првично се манифестира како делумно празнење (ПД), а потоа се развива во краток спој од вртење во вртење, краток спој фаза-фаза, па дури и дефект на земјата.
• Дефект на прегревање: предизвикан од преоптоварување, слаб контакт, дефект на системот за ладење или заземјување со повеќе точки на железното јадро, што го забрзува стареењето на изолационото масло и цврстата изолација и на крајот може да доведе до дефект на изолацијата.
• Механички дефект: деформација на намотување, лабави сврзувачки елементи итн., обично придружени со абнормални вибрации и може дополнително да ја оштетат структурата на изолацијата.

Во синџирот на еволуција на дефектот, „делумно празнење → тежок дефект на празнење → дефект на високоенергетскиот лак“ е една од најопасните патеки. Клучот за активната заштита е да се доловат физичките карактеристики на фазата „тежок дефект на празнење“ и да се прекине колото во рок од милисекунда за да се спречат катастрофални последици.

IV. Клучни технологии за активна заштита

Онлајн мониторинг и технологија на сензори: Инсталирајте сензори со високи перформанси за собирање податоци за состојбата на трансформаторот во реално време, вклучувајќи температура на намотување, хроматографија на масло, делумно празнење, вибрации и бучава, итн., формирајќи мултидимензионална мрежа за следење.

Интелигентен систем за дијагностицирање и рано предупредување: Користете алгоритми како машинско учење и длабоко учење за да ги анализирате и моделирате податоците од следењето, да идентификувате абнормални обрасци и да постигнете рана дијагноза и предупредување за класификација на ризик за дефекти.

Адаптивна контрола на заштитата: Динамично приспособете ги поставките за заштита и логиката според статусот на трансформаторот во реално време за да избегнете погрешно работење или одбивање да работи и да ја подобрите доверливоста на системот за заштита.

Постигнувањето на активна заштита се потпира на длабоката интеграција на високопрецизното следење на статусот (перцепција) и новите заштитни принципи (донесување одлуки). Во моментов, индустријата постепено гради „одбранбена линија на три нивоа“ или безбедносен оперативен систем „три линии на одбрана“:

1. Ниво 1: Откривање на помал дефект и рано предупредување (слој за следење на состојбата)

Со распоредување на повеќедимензионални паметни сензори, се постигнува панорамска перцепција од 7x24 часа. Основните технологии вклучуваат:

* Анализа на растворен гас (DGA) во масло: Следете ги карактеристичните гасови како што се H2, C2H2 и CO за да се одреди типот и стапката на прегревање или дефект на празнење.

* Следење на делумно празнење (PD): користење на технологија со ултра висока фреквенција (UHF), ултразвучна (AE) и висока фреквентна пулсна струја (HFCT) за откривање и лоцирање на дефекти на внатрешната изолација.

* Мерење на температурата на оптички влакна и следење на вибрациите: директно измерете ја температурата на жариштата за намотување и следете ја механичката состојба на јадрото и намотките.

Овие податоци се споени од повеќе извори преку пресметување на работ за да се постигне проценка на здравствениот индекс на опремата (HI) и рано предупредување.

2. Ниво 2: Активна заштита во фаза на тежок дефект на празнење (активен блокирачки слој)

Ова е основната врска што ја разликува активната заштита од традиционалната заштита. Кога сигналот за празнење (како што е амплитудата на UHF, стрмнината на импулсната струја, ултразвучната енергија) се следи за да го достигне претходно поставениот праг за сериозен дефект и сеопфатно се проценува дека дефектот е во фаза на брз развој, системот за заштита може директно да издаде команда за патување или да го поврзе системот за контрола на стабилност за да го пренесе товарот без да се потпира на традиционалните различни критериуми. На пример, врз основа на принципот на карактеристични разлики во диференцијалната струја во фазна секвенца, времето на дејство на заштитата од дефекти меѓу кривините може да се скрати на околу 20 милисекунди; или звукот, светлината и електричните мултифизички карактеристики околу 100 милисекунди пред распаѓањето на дефектот може да се искористат за да се постигне прецизно отстранување на „стадиумот на пукање на дефектот“.

3. Ниво 3: Подобрување на традиционалните перформанси за заштита од дефект на лакот (основниот заштитен слој)

За дефектите на лакот што се случиле, чувствителноста и брзината на традиционалната заштита се подобруваат преку нови принципи. На пример, технологијата за идентификација на заситеноста на јадрото заснована на проценката на главното поврзување на флуксот може ефективно да ги идентификува приливната струја на возбудување и струјата на дефект, остварувајќи брза диференцијална заштита без блокирање на налетната струја; лесната заштита од дефекти при свртување врз основа на карактеристиките на истекување на магнетниот тек го решава проблемот со недоволната чувствителност на традиционалната диференцијална заштита за кратки споеви при превртување со висока импеданса.

V. Сеопфатни мерки за безбедно работење

Со цел да се обезбеди безбедно функционирање на трансформаторите, треба да се усвои повеќестепена и сеопфатна стратегија за управување:

• Рутинска инспекција и одржување: Редовно спроведувајте инспекција на изгледот, тестирање на примероци од масло, тестирање за заземјување итн. за одржување на добра работна средина на трансформаторот.
• Управување со стареењето на изолацијата: следете го статусот на изолационите материјали, проценете го преостанатиот век на траење и разумно организирајте планови за одржување или замена.
• Заштита од преоптоварување и прегревање: Преку управување со оптоварувањето и оптимизација на системот за ладење, спречете долгорочно преоптоварување на трансформаторот или прекумерно зголемување на температурата.
• План за одговор при итни случаи: Развијте процес на брз одговор за ненадејни неуспеси за да го скратите времето на прекин на електричната енергија и да ги намалите загубите.

VI. Идни развојни трендови

Со развојот на вештачката интелигенција и технологијата Интернет на нештата, активната заштита на трансформаторот се развива кон „Дигитална близнак + адаптивна контрола“:

* Дигитален близнак: Конструирајте виртуелно-реално мапирање на моделот за мултифизичка симулација на трансформаторот и податоци во реално време, динамички заклучете ја патеката на еволуцијата на дефектот, предвидете го преостанатиот век (RUL) и обезбедете квантитативна основа за проактивна интервенција.

* Адаптивна заштита: Заштитниот уред повеќе не се потпира на фиксни прагови, туку динамички ја прилагодува вредноста или доцнењето на поставките за заштита врз основа на стапката на оптоварување во реално време, температурата на околината, статусот на изолацијата итн., за да спречи дефект, а истовремено да го максимизира капацитетот на опремата.

* Интелигентна дијагноза со вештачка интелигенција: користење на алгоритми за длабоко учење како што се CNN и LSTM за автоматско идентификување на шемите на делумно празнење (PRPD) и звучни отпечатоци со вибрации, намалување на трошоците за рачна анализа и подобрување на стапката на препознавање на слабите знаци на дефект.

Заклучок

Активната заштита и безбедното работење на енергетските трансформатори се во суштина систематски проекти кои ја движат безбедносната линија на одбраната напред. Тоа бара од нас да се прошириме од размислување за единствена релејна заштита до технолошки систем со целосен синџир на „панорамско сензорирање-интелигентна дијагноза-активно блокирање-контрола за самолекување“. Со интегрирање на напредна технологија за сензори, мултифизичка симулација, вештачка интелигенција и нови заштитни принципи за да се постигне транспарентно управување со внатрешниот статус на трансформаторот и прецизна контрола на еволуцијата на дефектот, можеме фундаментално да ја спречиме појавата на малигни несреќи од дефлаграција и да изградиме цврста бариера за безбедно и стабилно функционирање на новите електроенергетски системи.