Изградња система активне заштите енергетских трансформатора: од пасивног одговора до активног блокирања

Као језгро чворишта електроенергетског система, сигуран и стабилан рад енергетских трансформатора је директно повезан са поузданошћу електроенергетске мреже и безбедношћу снабдевања енергијом. Међутим, сложено радно окружење и многи унутрашњи и спољашњи фактори представљају озбиљне изазове за безбедан рад трансформатора. Трансформација од „окидања после догађаја” у „раног упозорења пре догађаја и блокирања усред догађаја” и изградња система активне заштите заснованог на панорамском сенсингу и интелигентном доношењу одлука постао је неизбежан тренд у развоју тренутне технологије безбедног рада трансформатора. Као нова метода заштите, технологија активне заштите може открити потенцијалне ризике на време пре него што дође до квара, пружајући снажну гаранцију за безбедан рад трансформатора.

И. Значај енергетских трансформатора

Као основна опрема за конверзију напона и пренос и дистрибуцију енергије у електроенергетској мрежи, енергетски трансформатори су директно повезани са поузданошћу напајања и безбедношћу електричне мреже. У савременим електроенергетским системима, трансформатори нису само одговорни за претварање електричне енергије високог напона коју генеришу електране у ултрависоконапонску електричну енергију погодну за пренос на велике удаљености, већ су одговорни и за поступно спуштање високонапонске електричне енергије у нисконапонску електричну енергију коју користе корисници, чиме се обезбеђује ефикасно коришћење и разумна дистрибуција ресурса електричне енергије. Поред тога, како потражња за електричном енергијом у топионици метала, индустријској производњи и другим областима наставља да расте, улога енергетских трансформатора у обезбеђивању напајања кључних индустрија постаје све истакнутија. Једном када трансформатор поквари, то не само да ће изазвати нестанке струје у локалним областима, већ може изазвати и ланчану реакцију, што представља претњу за безбедан и стабилан рад читавог електроенергетског система. Због тога је обезбеђивање безбедног и стабилног рада енергетских трансформатора од великог значаја за побољшање поузданости електричне мреже.

ИИ. Ограничења традиционалних модела заштите и неопходност активне заштите

Традиционална заштита трансформатора (као што је диференцијална заштита, заштита од гаса, заштита од прекомерне струје) се углавном заснива на граничном деловању електричне величине или једне неелектричне величине и припада режиму „пасивног одзива“. Међутим, пракса је показала да чак и ако диференцијална заштита може да покрене излаз изузетно брзо у року од 10 до 20 милисекунди, она је ограничена пуним временом прекидања самог прекидача, које износи десетине милисекунди. Пре него што се грешка лука у потпуности отклони, енергија квара се често акумулира довољно да изазове пуцање резервоара за гориво и експлозију уља. Поред тога, за процес еволуције од мањих изолационих дефеката (као што је делимично пражњење) до продорних лучних грешака, традиционалној заштити недостаје могућност да интервенише у средњем стадијуму, и на њу лако утичу пролазни процеси као што је ударна струја побуде, а постоји и ризик од недовољне осетљивости или квара.

Активна заштита се разликује од традиционалне заштите након квара. Његово језгро лежи у „прво превенцији, раној интервенцији“. Остварује рану идентификацију и упозорење о потенцијалним кваровима праћењем у реалном времену електричних величина трансформатора (напон, струја, снага), неелектричних величина (температура уља, ниво уља, вибрације, садржај гаса) и параметара животне средине, у комбинацији са анализом великих података и алгоритмима вештачке интелигенције. На пример, путем онлајн праћења растворених гасова (ДГА) у трансформаторском уљу, скривене опасности као што су старење изолације и делимично пражњење могу се открити унапред, тако да се мере одржавања могу предузети пре него што дође до кварова.

ИИИ. Главни ризици и еволуција грешака безбедног рада трансформатора

Унутрашње грешке трансформатора обично еволуирају од латентне до експлозивне. Уобичајени ризици укључују:

• Грешка изолације: узрокована старењем изолације, влагом, пренапоном, итд., који се у почетку манифестује као делимично пражњење (ПД), а затим се развија у кратак спој од скретања до скретања, кратки спој између фазе и чак квар земље.
• Грешка прегревања: узрокована преоптерећењем, лошим контактом, кваром система хлађења или вишеструким уземљењем гвозденог језгра, што убрзава старење изолационог уља и чврсте изолације и може на крају довести до квара изолације.
• Механички квар: деформација намотаја, лабави причвршћивачи, итд., обично праћени абнормалним вибрацијама и могу додатно оштетити изолациону структуру.

У ланцу еволуције квара, „делимично пражњење → озбиљан дефект пражњења → квар лука високе енергије“ је један од најопаснијих путева. Кључ за активну заштиту је ухватити физичке карактеристике фазе „озбиљног дефекта пражњења“ и прекинути струјно коло у року од милисекунде да би се спречиле катастрофалне последице.

ИВ. Кључне технологије за активну заштиту

Онлине мониторинг и сензорска технологија: Инсталирајте сензоре високих перформанси за прикупљање података о радном статусу трансформатора у реалном времену, укључујући температуру намотаја, хроматографију уља, делимично пражњење, вибрације и буку, итд., формирајући вишедимензионалну мрежу за праћење.

Интелигентна дијагноза и систем раног упозорења: Користите алгоритме као што су машинско учење и дубоко учење да анализирате и моделирате податке праћења, идентификујете абнормалне обрасце и постигнете рану дијагнозу и упозорење о грешкама о класификацији ризика.

Адаптивна контрола заштите: Динамички прилагодите поставке заштите и логику према статусу трансформатора у реалном времену како бисте избегли погрешне радње или одбијање рада и побољшали поузданост заштитног система.

Постизање активне заштите ослања се на дубоку интеграцију високопрецизног праћења статуса (перцепције) и нових принципа заштите (доношење одлука). Тренутно, индустрија постепено гради систем безбедног рада "три нивоа одбране" или "три линије одбране":

1. Ниво 1: откривање мањих кварова и рано упозорење (слој за праћење стања)

Применом вишедимензионалних паметних сензора постиже се панорамска перцепција 7к24 сата. Основне технологије укључују:

* Анализа раствореног гаса (ДГА) у уљу: Пратите карактеристичне гасове као што су Х₂, Ц₂Х₂ и ЦО да бисте одредили врсту и стопу прегревања или отказивања пражњења.

* Праћење делимичног пражњења (ПД): коришћење ултра-високе фреквенције (УХФ), ултразвучне (АЕ) и високофреквентне пулсне струје (ХФЦТ) технологије за откривање и лоцирање унутрашњих изолационих дефеката.

* Мерење температуре оптичких влакана и праћење вибрација: директно мерите температуру врућих тачака намотаја и пратите механички статус језгра и намотаја.

Ови подаци су спојени из више извора путем рачунарства на рубу да би се постигла процена индекса здравља опреме (ХИ) и рано упозорење.

2. Ниво 2: Активна заштита у фази тешког пражњења (активни блокирајући слој)

Ово је кључна веза која разликује активну заштиту од традиционалне заштите. Када се сигнал пражњења (као што је амплитуда УХФ, стрмина импулсне струје, ултразвучна енергија) прати да би достигао унапред постављени праг озбиљног квара, а грешка се свеобухватно процени да је у фази брзог развоја, систем заштите може директно издати команду за искључење или повезати систем контроле стабилности за пренос оптерећења без ослањања на традиционалне различите критеријуме. На пример, на основу принципа разлике у карактеристикама диференцијалне струје у низу фаза, време деловања заштите од квара између завоја може се скратити на око 20 милисекунди; или звучне, светлосне и електричне мултифизичке карактеристике око 100 милисекунди пре квара могу да се користе да би се постигло прецизно уклањање „фазе пупања грешке“.

3. Ниво 3: Побољшање традиционалних перформанси заштите од квара (заштитни слој испод)

За лучне грешке које су се десиле, осетљивост и брзина традиционалне заштите се побољшавају новим принципима. На пример, технологија идентификације засићења језгра заснована на процени везе главног флукса може ефикасно да идентификује ударну струју побуде и струју квара, остварујући брзу диференцијалну заштиту без блокирања ударне струје; слаба заштита од кварова између завоја заснована на карактеристикама цурења магнетног флукса решава проблем недовољне осетљивости традиционалне диференцијалне заштите за кратке спојеве високе импедансе међу завојима.

В. Свеобухватне мере за безбедан рад

Да би се осигурао сигуран рад трансформатора, потребно је усвојити вишеслојну и свеобухватну стратегију управљања:

• Рутинска инспекција и одржавање: Редовно спроводите инспекцију изгледа, испитивање узорака уља, испитивање уземљења, итд. да бисте одржали добро радно окружење трансформатора.
• Управљање старењем изолације: пратите статус изолационих материјала, процените преостали век трајања и разумно организујте планове одржавања или замене.
• Заштита од преоптерећења и прегревања: Кроз управљање оптерећењем и оптимизацију система хлађења, спречите дуготрајно преоптерећење трансформатора или прекомерно повећање температуре.
• План реаговања у хитним случајевима: Развијте процес брзог реаговања на изненадне кварове да бисте скратили време нестанка струје и смањили губитке.

ВИ. Будући трендови развоја

Са развојем вештачке интелигенције и технологије Интернета ствари, активна заштита трансформатора се развија ка „Дигитал Твин + адаптивна контрола“:

* Дигитални близанац: Конструишите виртуелно-стварно мапирање мулти-физичког симулационог модела трансформатора и података у реалном времену, динамички закључите путању еволуције квара, предвидите преостали животни век (РУЛ) и обезбедите квантитативну основу за проактивну интервенцију.

* Прилагодљива заштита: Заштитни уређај се више не ослања на фиксне прагове, већ динамички прилагођава вредност подешавања заштите или кашњење на основу радне брзине оптерећења у реалном времену, температуре околине, статуса изолације, итд., како би спречио квар док максимизирао носивост опреме.

* АИ интелигентна дијагноза: Коришћење алгоритама дубоког учења као што су ЦНН и ЛСТМ за аутоматску идентификацију образаца делимичног пражњења (ПРПД) и звучних отисака вибрација, смањујући трошкове ручне анализе и побољшавајући стопу препознавања слабих знакова грешке.

Закључак

Активна заштита и безбедан рад енергетских трансформатора су у суштини систематски пројекти који померају безбедносну линију одбране напред. Захтева од нас да се проширимо са размишљања о заштити једног релеја на систем технологије пуног ланца „панорамско сенсинг-интелигентна дијагноза-активно блокирање-контрола самоизлечења“. Интеграцијом напредне сензорске технологије, мулти-физичке симулације, вештачке интелигенције и нових принципа заштите како би се постигло транспарентно управљање унутрашњим статусом трансформатора и прецизна контрола еволуције квара, можемо суштински сузбити појаву несрећа малигне дефлагације и изградити чврсту баријеру за безбедан и стабилан рад нових електроенергетских система.