Transformatory w eksploatacji 2017

Nowoczesne zarządzanie transformatorami ukierunkowane na niezawodność – system ekspercki AHT

Wprowadzenie:

System ekspercki AHT (AssetHealth Transformers) opracowany został na bazie doświadczeń w serwisowaniu i produkcji transformatorów energetycznych m.in. w USA, Kanadzie, Szwecji oraz Niemczech. System działa w oparciu o algorytmy wykonujące analizę modeli powstawania uszkodzeń transformatorów w podziale na zjawiska termiczne, elektryczne, mechaniczne oraz awarie akcesoriów i inne czynniki. Ponadto, stosuje się nowatorskie podejście do obliczania tak powstałych „indeksów zdrowia” uzależniając badane parametry oceny stanu technicznego od typu analizowanego uszkodzenia. W efekcie użytkownik otrzymuje przegląd kondycji floty transformatorów w trybie online, gdzie stan techniczny urządzenia opisuje parametr Ryzyko Uszkodzenia. Dla każdej jednostki dostępne są również szczegółowe informacje odnośnie zidentyfikowanych problemów jak i rekomendacje dalszych działań zaradczych lub naprawczych.

Wstęp

Znaczna grupa transformatorów mocy pracujących w polskim systemie energetycznym to jednostki w wieku przekraczającym 30-40 lat. W ostatnich latach obserwuje się również wzrost wymagań odnośnie niezawodności eksploatowanych urządzeń i zapotrzebowania na profesjonalne rozwiązania serwisowe, pozwalające na wydłużenie czasu bezpiecznej eksploatacji starszych transformatorów. Jak pokazują statystyki, większość awarii transformatorów sprowadza się do usterek olejowo-celulozowego układu izolacyjnego, przełączników zaczepów oraz izolatorów przepustowych (rys.1). Awariom tym w dużej mierze można zapobiec, stosując właściwe narzędzia prewencji oraz predykcji w ocenie stanu technicznego urządzeń. Wychodząc naprzeciw zagrożeniom wynikającym z obniżenia parametrów starzejącej się floty transformatorowej i komponentów składowych jednostek, autorzy proponują po
dejście, które bazuje na właściwym ukierunkowaniu działań serwisowych w oparciu o bieżący monitoring stanu technicznego transformatorów, nadaniu priorytetów dla urządzeń wymagających natychmiastowej interwencji, a następnie zapewnieniu optymalnych kosztowo i zaawansowanych technologicznie rozwiązań serwisowych.

Rys.1. Statystyczny rozkład przyczyn awarii transformatorów (źródło CIGRE)

Inteligentne zarządzanie flotą – monitoring i system ekspercki AHT

Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom, w czasie powszechnej komputeryzacji i cyfryzacji, Serwis Transformatorów proponuje swoim partnerom koncepcję inteligentnego zarządzania flotą transformatorów uwzględniającą wsparcie produktowe i konsultacyjne na każdym poziomie szczegółowości (rys.2). Poczynając od sensorów gazów rozpuszczonych w oleju CoreSense i oprzyrządowania zdolnego do komunikacji elektronicznej, poprzez inteligentny system monitoringu CoreTec, kończąc na systemie eksperckim AHT zdolnym generować konkretne wnioski i zalecenia w oparciu o kompleksową ocenę stanu technicznego.
AHT (ang. AssetHealth Transformers) jest systemem powstałym na bazie algorytmów będących podsumowaniem wiedzy inżynierów ABB w temAHTe oceny kondycji i zagrożeń w eksploatacji transformatorów energetycznych. Do niedawna wiedza ta była dostępna jedynie dla specjalistów wewnątrz firmy i służyła do komercyjnej oceny stanu technicznego jednostek transformatorowych w oparciu o przeprowadzoną diagnostykę. Wraz z implementacją algorytmów w systemie dynamicznie zbierającym dane, możliwe stało się opracowanie systemu eksperckiego, który został udostępniony na rynku w formie oprogramowania dostarczanego wraz z jednostką komputerową i spełniającego wszelkie wymagania w zakresie bezpieczeństwa teleinformatycznego. Wdrożenie oprogramowania odbywa się na zasadzie integracji z systemem sterowania i nadzoru w celu zasilenia AHT danymi z transformatora, a w przypadku braku dostępności sygnałów w trybie online system może zostać zasilony poprzez okresowe ręczne wprowadzenie danych. Możliwy jest też wariant mieszany, gdy część sygnałów na bieżąco spływa z czujników (np. zawartość wodoru w oleju lub temperatura oleju), a pozostałe uzupełniane są okresowo z częstością wynikającą z okresowości pomiarów kontrolnych transformatora (np. tangens delta izolacji i przepustów lub badanie fizyko-chemiczne oleju).
W ogólnym ujęciu analiza wykonywana przez AHT uwzględnia równolegle dane statyczne – projektowe i historyczne – oraz dynamiczne, spływające z czujników i bieżącej diagnostyki podczas eksploatacji transformatora. Ocenia się pięć kategorii ryzyka powstawania usterek, związanych odpowiednio z uszkodzeniami mechanicznymi, dielektrycznymi, termicznymi, awarią oprzyrządowania oraz innymi uszkodzeniami, których charakter nie odpowiada żadnym z wcześniej wymienionych. Stosuje się również nowatorskie podejście do obliczania tzw. indeksu zdrowia urządzenia, gdzie waga ocenianych parametrów oraz ich dobór zależy od analizowanej usterki. Jest to podejście odbiegające od popularnie kalkulowanego wskaźnika ważonego, który z góry narzuca wagę określonych parametrów np. wynik DGA czy też pomiar tg delta izolacji bez względu na rodzaj analizowanego uszkodzenia. Znamiennym jest bowiem, że dla wybranego typu rozwijającej się usterki należy zwrócić uwagę na konkretny zestaw parametrów ściśle z nią powiązanych i przypisać adekwatne wagi dla każdego z nich. Takie podejście, określane mianem zarządzania aktywami zorientowanego na niezawodność, pozwala na określenie ryzyka usterki w sposób do tej pory nieosiągalny w branży transformatorów mocy. Koncepcja zarządzania flotą transformatorów opisana w niniejszym akapicie stanowi odejście od znanego i powszechnie stosowanego modelu utrzymania ruchu bazującego na przeglądach okresowych w kierunku modelu opartego o bieżącą ocenę faktycznego stanu technicznego urządzeń. Zastosowanie takiej metodologii pozwala na właściwe ukierunkowanie funduszy remontowych, optymalizację wydatków i zapewnienie maksymalnej niezawodności transformatorów.

Rys.2. Koncepcja inteligentnego zarządzania cyklem życia transformatorów

AHT – zasada działania

System AHT działa tym lepiej, im więcej danych wejściowych otrzyma od użytkownika. Minimalne dane potrzebne do wygenerowania wartościowych informacji to parametry projektowe, okresowe wyniki laboratoryjnej chromatografii oleju oraz badań fizyko-chemicznych, zapis obciążenia i temperatury oraz wyniki okresowych pomiarów elektrycznych. Dla lepszej funkcjonalności i zapewnienia wyższej jakości wskazań w trybie online rekomenduje się doposażenie transformatorów w czujniki gazu. System zasilony pełnym zestawem informacji wejściowych może w najbardziej rzetelny sposób czerpać z algorytmów oceny stanu technicznego generując parametr ryzyko awarii będący relatywną wielkością odnoszącą daną jednostkę do floty ujętej w sposób statystyczny. Ponadto, zdrowie dowolnego transformatora opisuje zestaw powiadomień, alarmów, ostrzeżeń, oraz komunikatów na temat rekomendowanych działań zapobiegawczych i naprawczych jak i informacje o potencjalnych błędach danych wejściowych. Informacje te są dostępne dla użytkownika w panelu operatorskim lub „wypychane” w formie komunikatów wg zadanych ustawień. W przypadku wykrycia problemu system dokonuje analizy potencjalnych przyczyn źródłowych i nakierowuje użytkownika na rozwiązanie, co pozwala przeznaczyć środki na właściwe zabiegi serwisowe tam gdzie są one potrzebne, równocześnie oszczędzając na okresowych wydatkach dla tych jednostek gdzie są one bezzasadne.
System AHT wyposażony jest w panel główny operatorski na którym dostępny jest wgląd w urządzenia użytkownika z perspektywy ich lokalizacji geograficznej, lub w formie listy, gdzie przez sortowanie wyodrębnić można z łatwością te, dla których oszacowane ryzyko awarii jest najwyższe. Zagłębiając się w strukturę systemu, użytkownik może otworzyć zestaw zakładek pokazujących na bieżąco dane zebrane i kalkulowane dla konkretnego transformatora lub też obejrzeć przebiegi zapisanych wartości. Jednocześnie prawa część ekranu pokazuje procentowy udział danego typu rozwijającego się uszkodzenia w zbiorczej ocenie zdrowia jednostki (niebieski wykres słupkowy) czy też położenia danego transformatora na wykresie opisującym flotę użytkownika z punktu widzenia znaczenia w systemie oraz faktycznego stanu technicznego, gdzie najbardziej krytyczne i wymagające uwagi są transformatory na polu czerwonym (rys. 3).

Rys. 3. AHT – wygląd panelu operatora, kolejne wglądy i szczegółowe informacje

Przedstawione powyżej właściwości samej aplikacji stanowią podstawowe miejsca styku użytkownika z interfejsem operatora. Niemniej jednak szczególnym elementem wyróżniającym opisywane rozwiązanie na tle dostępnych rozwiązań konkurencyjnych jest sposób analizowania danych i kalkulowania parametru ryzyko awarii, pozwalającego w sposób porównawczy i skwantyfikowany ocenić wybrane jednostki odnosząc je do wybranej floty urządzeń. Przyjęto zasadę serwisowania floty urządzeń zorientowanego na niezawodność. Sprowadza się to do zapewnienia maksymalnej funkcjonalności wszystkich urządzeń poprzez zagwarantowanie maksymalnej funkcjonalności każdego z komponentów składowych transformatorów. Przy takich założeniach system nadaje właściwe priorytety potencjalnych uszkodzeń zarazem identyfikując wszystkie typy uszkodzeń znane dla transformatorów. Dla każdego z przypisanych typów określa się zestaw parametrów z właściwie przyjętymi wagami i analizuje składowe elementy tak wygenerowanego i przytaczanego już współczynnika nazwanego ryzyko awarii.
Podejście takie gwarantuje bardziej niezawodną ocenę stanu technicznego niż
w przypadku konwencjonalnego badania zestawu parametrów z przypisanymi na stałe wagami, gdyż istnieje wiele sytuacji w których krytyczne dla zdolności operacyjnej transformatora uszkodzenie, może mieć nieznaczny wpływ na inne parametry i w ogólnej ocenie generować dobry wynik końcowy.
Uzupełnienie nowatorskiej koncepcji oceny stanu technicznego transformatorów stanowi również zestaw zaawansowanych algorytmów obliczeniowych, umożliwiających systemowi AHT dynamiczne analizy danych wejściowych z uwzględnieniem błędów statystycznych, dokładności pomiarowych, trendów, danych historycznych, korelacji czy też standardów i dostępnej wiedzy branżowej lub typu zainstalowanego czujnika online DGA. Opracowano również złożony zestaw komunikatów generowanych dla użytkownika w formie rekomendacji działań oraz ostrzeżeń dla wszystkich przypadków przekroczenia wartości standardowych i różnych typów analizowanych uszkodzeń.
Oprogramowanie AHT może być dostępne dla użytkownika w różnych wariantach, w zależności od jego zakresu oczekiwań i dostępności własnych służb utrzymania ruchu. Wariant uproszczony polega na wykorzystaniu możliwości systemu dla jednorazowej (lub wielokrotnej) oceny kondycji floty transformatorów na podstawie danych dostarczonych przez użytkownika. Nie jest wymagane fizyczne instalowanie systemu u Klienta ani jego integracja z systemem sterowania i nadzoru. W wariancie podstawowym przewiduje się zainstalowanie AHT u Klienta oraz integrację w możliwym zakresie z danymi generowanymi z transformatora na bieżąco. Klient, na podstawie licencji, którą otrzymuje na każdy transformator, ma możliwość korzystania w pełni z funkcjonalności oprogramowania na bieżąco monitorując stan floty, weryfikując wybrane jednostki i adekwatnie zarządzając pracami serwisowymi. W wariancie rozszerzonym Klient może uzupełnić wdrożony system AHT dla pełnej funkcjonalność uzupełniając brakujące urządzenia monitoringu transformatorów oraz powierzyć część odpowiedzialności za bieżące utrzymanie floty w dobrej kondycji firmie ABB na podstawie umowy serwisowej.

Podsumowanie

W ślad za standardami ustalonymi w wybranych krajach o najwyższej kulturze technicznej, firma ABB promuje i dostarcza na rynku polskim serwis transformatorów w rozumieniu działalności zapobiegawczej i predykcyjnej. W koncepcję tę wpisuje się rozwiązanie inteligentnego zarządzania cyklem życia transformatorów budowane na kanwie nowoczesnych systemów monitoringu, eksperckich systemów komputerowych wykorzystujących wiedzę i doświadczenie branżowe firmy oraz otwartości samych specjalistów z fabryk i serwisów na całym świecie do pomocy i konsultacji wtedy gdy konieczna jest elastyczność w ocenie danych, której z przyczyn oczywistych system komputerowy posiadać nie może. Opisany w niniejszym opracowaniu system ekspercki AHT jest kwintesencją wiedzy inżynierskiej i globalnych doświadczeń w produkcji i serwisie transformatorów wszystkich typów oraz wielkości. Umiejscowienie tej wiedzy w nowoczesnym rozwiązaniu informatycznym pozwoliło na opracowanie narzędzia zdolnego do integracji z różnorodnymi standardami transmisji danych dla umożliwienia pracy w trybie online i zapewnienia użytkownikowi transformatorów bieżącej wiedzy w zakresie kondycji floty monitorowanych urządzeń. Zarazem metoda obliczania oceny stanu technicznego poprzez parametr ryzyko awarii stanowi istotny krok naprzód w stronę racjonalizacji standardów oceny kondycji transformatorów i zapewnia użytkownikowi właściwe ukierunkowanie wydatków dla optymalizacji kosztów utrzymania ruchu wg koncepcji serwisu zorientowanego na niezawodność oraz kondycję floty eksploatowanych urządzeń.

Mirosław Owczarek
Michał Lasota
ABB Sp. z o.o.
n

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top