Твердотельные водородные мониторы могут стать важным инструментом для повышения надежности электрической системы.
Электроэнергетические компании прилагают усилия, чтобы получить максимальную прибыль от вложенных средств, но сложно обосновать приобретение оборудования для онлайн-мониторинга, так как стоимость обслуживания и / или замены монитора довольно значительны. По этой причине необходимо четко понимать уровень затрат на мониторинг в совокупности с ожидаемым сроком эксплуатации, а так же преимущества мониторинга, и связанные с этим вопросы бухгалтерского учета.
Исследования показали, что онлайн-мониторинг способствует более длительному сроку службы существующих активов, предупреждая о проблемах заранее
Решения для мониторинга трансформаторов.
За последние 100 лет владельцы трансформаторов стали во многом полагаться на данные, полученные на основании ручных проб масла, которые проводятся ежегодно. Рассматривая диэлектрическую прочность, цвет, содержание влаги, газов в масле и другие свойства, такие тесты дают представление о состоянии трансформатора на момент отбора проб. Это похоже на анализ крови во время ежегодного медосмотра, после сдачи, которого врач ставит диагноз. Точно так же инженеры используют данные проб трансформаторного масла, чтобы определить, «есть ли проблемы в трансформаторе, которые требуют вмешательства».
В идеале владельцы трансформаторов должны иметь доступ в реальном времени ко всем критическим параметрам, которые можно контролировать. К сожалению, стоимость и сложность таких решений для мониторинга обычно трудно оправдать из-за высокой надежности трансформаторов по сравнению со стоимостью мониторинга. Многие владельцы трансформаторов считают, что, поскольку частота отказов трансформаторов обычно составляет всего от 1% до 3% в год, то для вложения средств лучше найти другое применение.
Исторически энергетические компании рассматривают силовые трансформаторы как 30-летний актив. Хотя это предположение могло быть верным в прошлом, неясно, могут ли коммунальные предприятия ожидать такой производительности в будущем. Новые трансформаторы значительно меньше по размеру, но имеют такую же или более высокую номинальную мощность, чем трансформаторы предыдущих поколений. Возникает вопрос, как трансформатор, который вдвое меньше, может иметь такие же или более высокие показатели, как тот, который был заменен через 40 лет?
Конструкции трансформаторов.
Чтобы понять это, давайте посмотрим, как устроены силовые трансформаторы сегодня, а не 40 лет назад. Инновации в компьютерном моделировании, лучшие материалы и 40 лет опыта позволили разработчикам трансформаторов значительно уменьшить размеры трансформаторов. Несмотря на то, что эти факторы способствовали более эффективному проектированию, глобальная конкуренция была реальным движущим фактором, вынуждающим производителей сокращать расходы, чтобы стать более конкурентоспособными. С этой целью производители трансформаторов снижают затраты и уменьшают количество материалов, таких как медь, сталь, бумага, масло, и таких компонентов, как датчики температуры и устройства сброса давления. Поэтому производители должны уделять значительно больше внимания устройству каждого трансформатора. Небольшая проблема, такая как зазубрина в проводе обмотки, порванная бумага или неплотное соединение, не могла вызвать проблему 50 лет назад, потому что в каждый трансформатор обладал гораздо большим запасом прочности. Сегодня же такие незначительные проблемы могут вызвать перегрев, частичный разряд и т. д.
Рис. 1. Вследствие перегрева на соединении низковольтного ввода из-за ослабления гайки на повышающем трансформаторе генератора на 500 МВА в трансформаторном масле образовался водород. Водородный монитор сообщил о проблеме. Трансформатор был отремонтирован на месте.
Управление трансформаторами распределительных сетей.
Управляющие коммунальными активами постепенно переходят на определенный мониторинг. Когда почти на каждом трансформаторе установлены датчики температуры и индикаторы уровня масла, легко понять, почему первые электронные мониторы предоставили коммунальным предприятиям возможность удаленного мониторинга этих объектов с помощью систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Хотя эти данные важны, они не обязательно предупреждают владельца о неизбежном сбое.
По мере развития систем мониторинга онлайн-анализаторы растворенных газов (DGA) стали обычным явлением 10–20 лет назад, и большинство коммунальных предприятий устанавливают мониторы DGA на критически важные трансформаторы. Так как мониторы DGA стали доступны, в отрасли обсуждались идеи о том, что владельцы трансформаторов могут контролировать все критические газы в режиме реального времени. Эта возможность предоставляет ценную информацию, но стоимость установки большинства онлайновых газоанализаторов от 8 до 10 составляет от 60 000 до 80 000 долларов США.
Большинство этих мониторов требуют значительного обслуживания в течение четырех-восьми лет после установки и каждые четыре-восемь лет после этого. Поэтому эксплуатационные расходы на мультигазовые мониторы стали серьезной проблемой для коммунальных предприятий, которым нужны данные, но у них нет достаточного бюджета на техническое обслуживание мониторов.
В связи с высокой стоимостью многогазового мониторинга целесообразно предположить, что менее 1% силовых трансформаторов коммунальных предприятий имеют установленные работающие многогазовые мониторы. Поскольку бюджет на техническое обслуживание ограничен, многие коммунальные предприятия просто не имеют средств на техническое обслуживание своих газоанализаторов. Возникает вопрос: «Если коммунальное предприятие контролирует только 1% своих трансформаторов, а частота отказов трансформатора составляет от 1% до 3% в год, какова вероятность того, что коммунальное предприятие обнаружит отказ трансформатора с помощью онлайн-мониторинга?»
Преимущества мониторинга водорода.
Для управляющих активами главный вопрос: «Как точно предсказать, какой трансформатор выйдет из строя?». Поскольку большинство экспертов в области трансформаторов согласны с тем, что анализ DGA является лучшим ответом, как коммунальные службы могут эффективно контролировать в реальном времени парк из сотен или тысяч трансформаторов. Короткий ответ - водородные мониторы.
Водород - это ключевой газ, который образуется при возникновении серьезных проблем, таких как перегрев, частичный разряд и искрение в трансформаторах. Хотя некоторые из этих проблем могут сохраняться в течение недель, месяцев или лет, эти проблемы также могут приводить к сбою в считанные минуты, часы или дни. Ежегодные пробы масла не позволяют выявить быстрорастущие неисправности трансформатора.
Рисунок 2. Значительные диагностические газы при неисправностях образуются, когда температура горячей точки достигает 150 ° C. По мере того, как температура повышается выше этого уровня, водород генерируется с постоянно увеличивающейся скоростью.
Водородные мониторы доказали свою эффективность, предупреждая владельцев трансформаторов о серьезных проблемах на протяжении более 30 лет. Эти мониторы обычно обновляются каждый час или каждую секунду. Сегодня существуют мониторы на водороде, в которых используются полупроводниковые датчики, не требующие обслуживания или калибровки в течение более 10 лет. Также большим преимуществом этих мониторов является их стоимость от 5000 до 8000 долларов за базовые модели.
Эффективность вложенных средств.
Поскольку полупроводниковые компоненты снижают затраты на мониторинг, проще обосновывать добавление мониторов в меньшие по размеру трансформаторы. Большинство коммунальных предприятий стандартизировали определенные датчики водорода для определенных классов новых трансформаторов.
Масштабная модернизация существующего парка трансформаторов - задача гораздо более трудная. В целом, коммунальные предприятия заинтересованы в том, чтобы тратить капитал, потому что они получают норму прибыли на свои капитальные вложения. С другой стороны, они обычно «не получают норму прибыли на потраченные на техническое обслуживание деньги, поэтому деньги, потраченные на техническое обслуживание, просто уменьшают их доход на акцию». Различные правила бухгалтерского учета ранее не позволяли коммунальным предприятиям получать доход от недорогих мониторов активов.
Поскольку эти правила снизили общую надежность электроснабжения, прогрессивные коммунальные предприятия изменили свою практику, чтобы позволить онлайн-мониторам стать отдельным объектом собственности. Это не только позволяет коммунальным предприятиям капитализировать первоначальную стоимость установки онлайн-мониторов, но также позволяет им учитывать это оборудование как капитальные затраты при покупке сменных мониторов. Таким образом, они могут контролировать свои наиболее важные активы в течение всего срока их службы, не тратя значительных средств на обслуживание.
Поскольку правила учета недорогих онлайн-мониторов меняются, коммунальные предприятия могут продолжать широко использовать эти мониторы. Вместо того, чтобы устанавливать от 5 до 10 газовых мониторов в год, они могут потратить ту же сумму денег и определить приоритет трансформаторов в своем парке, чтобы определить лучшие устройства для развертывания от 50 до 100 водородных мониторов в год. С этой стратегией гораздо больше вероятность повышения показателей надежности за счет профилактического обслуживания или замены проблемных трансформаторов. Это хорошо работает в программах мониторинга на основе состояния, где ограниченные ресурсы сосредоточены на активах, которые наиболее вероятно вызовут проблемы в ближайшем будущем.
На сегодняшний день, управляющие активами коммунальных предприятий имеют преимущество недорогих онлайновых водородных мониторов, которые могут предупреждать о значительных проблемах с трансформатором. По мере того, как цены на мониторы снижаются, а правила учета позволяют окупать эти решения, появилась возможность определить, сколько времени займет мониторинг всего парка трансформаторов.
Кроме того, эти мониторы практически не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации монитора. Твердотельные водородные мониторы могут стать важным инструментом, помогающим повысить общую надежность электрической системы.