UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI

Facultatea de

Inginerie Electric, Energetic i Informatic Aplicat

CONTRIBUII PRIVIND MANAGEMENTUL ECHIPAMENTELOR

ELECTRICE N CADRUL UNEI COMPANII DE ELECTRICITATE

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

Conductor de doctorat: Prof. univ. dr. ing. Maricel Adam

Doctorand: Ing. Mihai Andruc

IAI 2013

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI R E C T O R A T U L

Ctre

______________________________________________________________

______________________________________________________________ V facem cunoscut c, n ziua de ___________________ la ora _____ n ___________________________________________________________, va avea loc

susinerea public a tezei de doctorat intitulat:

Contribuii privind managementul echipamentelor electrice n cadrul unei companii de electricitate

Elaborat de domnul ing. MIHAI ANDRUC n vederea conferirii titlului tiinific de doctor.

COMISIA DE DOCTORAT ESTE ALCATUITA DIN:

1. Prof.univ.dr.ing. Marcel Istrate preedinte Universitatea Tehnic Gh. Asachi din Iai 2. Prof.univ.dr.ing. Maricel Adam conductor de doctorat Universitatea Tehnic Gh. Asachi din Iai 3. Prof.univ.dr.ing. Clin Munteanu membru Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca 4. Conf.univ.dr.ing. Doru Vtu membru Universitatea Politehnica din Timioara 5. Prof.univ.dr.ing. Adrian Baraboi membru Universitatea Tehnic Gh. Asachi din Iai

V trimitem rezumatul tezei de doctorat cu rugmintea de a ne comunica, n scris, aprecierile dumneavoastr. Cu aceast ocazie v invitm s participai la susinerea public a tezei de doctorat.

Teza de doctorat a fost realizat cu sprijinul financiar al proiectului STUDII DOCTORALE PENTRU PERFORMANE EUROPENE N CERCETARE I INOVARE (CUANTUMDOC) POSDRU/107/1.5/S/79407.

Proiectul STUDII DOCTORALE PENTRU PERFORMANE EUROPENE N CERCETARE I INOVARE (CUANTUMDOC) POSDRU/107/1.5/S/79407, este un proiect strategic care are ca obiectiv general Aplicarea de strategii manageriale, de cercetare i didactice destinate mbuntirii formrii iniiale a viitorilor cercettori prin programul de studii universitare de doctorat, conform procesului de la Bologna, prin dezvoltarea unor competene specifice cercetrii tiinifice, dar i a unor competene generale: managementul cercetrii, competene lingvistice i de comunicare, abiliti de documentare, redactare, publicare i comunicare tiinific, utilizarea mijloacelor moderne oferite de TIC, spiritul antreprenorial de transfer al rezultatelor cercetrii. Dezvoltarea capitalului uman pentru cercetare i inovare va contribui pe termen lung la formarea doctoranzilor la nivel european cu preocupri interdisciplinare. Sprijinul financiar oferit doctoranzilor va asigura participarea la programe doctorale n ara i la stagii de cercetare n centre de cercetare sau universiti din UE. Misiunea proiectului este formarea unui tnr cercetator adaptat economiei de pia i noilor tehnologii, avnd cunotine teoretice, practice, economice i manageriale la nivel internaional, ce va promova principiile dezvoltrii durabile i de protecie a mediului nconjurtor.

Proiect finanat n perioada 2010 - 2013

Finanare proiect: 16.810.100,00 RON

Beneficiar: Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai

Partener: Universitatea Babe Bolyai din Cluj-Napoca

Director proiect: Prof. univ. dr. ing. Mihai BUDESCU

Responsabil proiect partener: Prof. univ. dr. ing. Alexandru

OZUNU

Mulumiri,

n primul rnd, a dori s adresez cele mai sincere mulumiri,

distinsului meu conductor tiinific, prof. univ. dr. ing. Maricel ADAM, pentru atmosfera de aleas distincie pe care a tiut s o impun n relaiile reciproce, ncrederea acordat, sfaturile profesionale i impecabila coordonare pe tot parcursul elaborrii tezei de doctorat.

Mulumesc domnilor prof. univ. dr. ing. Adrian BARABOI, prof.

univ. dr. ing. Marcel ISTRATE, prof. univ. dr. ing. Clin MUNTEANU i conf. univ. dr. ing. Doru VTU pentru deosebita onoare pe care mi-au fcut-o acceptnd propunerea de a face parte din comisia de susinere public, pentru atenia acordat lucrrii i pentru sfaturile acordate.

Doresc s-i mulumesc domnului profesor Octavian

POSTOLACHE i domnului profesor Pedro GIRAO pentru sfaturile acordate i cunotiinele transmise n timpul stagiului de cercetare efectuat la Instituto Superior Tcnico, Lisabona, Portugalia.

Totodat, mulumesc ntregului colectiv al departamentului de

Energetic al Facultii de Inginerie Electric, Energetic i Informatic Aplicat din Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi din Iai, pentru ncurajrile i sfaturile deosebit de utile oferite pe durata anilor de doctorat.

n final, dar nu n ultimul rnd doresc s mulumesc ntregii mele familii pentru rbdarea, pentru sprijinul continuu i necondiionat acordat, fr de care nu a fi reuit s parcurg acest drum.

CUPRINS

Scopul, obiectivele i structura tezei . 1 1

Cap.1 Introducere n managementul echipamentelor electrice . 4 3

Cap.2 Sistem de management al echipamentelor electrice . 8 5 2.1. Conceptul de management al echipamentelor electrice . 8 5 2.2. Componentele i parametrii sistemului de asset management .. 9 5 2.3. Activiti ale sistemului de asset management ... 12 5 2.3.1. Monitorizarea i diagnosticarea strii tehnice

a echipamentelor electrice . 12 6 2.3.2. Strategii de mentenan . 14 6 2.3.3. Managementul riscului .. 18 7 2.4. Ciclul de via al unui activ 19 2.4.1. Etape ale ciclului de via al unui echipament electric.. 20 2.4.2. Stri ale activului pe durata ciclului de via .... 21 2.4.3. Costul ciclului de via . 22 2.5. Concluzii 26 7

Cap.3 Stabilirea ordinii de prioritate a activitilor de mentenan n cadrul unei companii de electricitate ................................................... 27 8

3.1. Criterii de ordonare a activitilor de mentenan .. 27 8 3.1.1. Starea tehnic a echipamentelor, respectiv a stailor electrice .. 27 8 3.1.2. Importana staiilor electrice.. 29 9 3.1.3. Procesul de luare a deciziei n cadrul companiei de

electricitate. 31 10 3.2. Etapele implementrii unui sistem de asset management la nivelul

unei staii electrice . 35 12 3.3. Concluzii 42 19

Cap.4 Monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice... 44 20 4.1. Consideraii privind monitorizarea i diagnosticarea

echipamentelor electrice 44 20 4.1.1. Noiuni de monitorizare i diagnosticare .. 46 4.1.2. Echipamente monitorizate . 47 20 4.1.2.1. ntreruptoare cu ulei de medie tensiune, de tip IO 49 4.1.2.2. ntreruptoare de nalt tensiune cu hexafluorur de sulf. 53 21

4.1.3. Studiul defectelor ntreruptoarelor .. 57 23 4.1.4. Parametri i tehnici pentru monitorizarea ntreruptoarelor . 61 24 4.2. Structuri hardware-software de monitorizare i diagnosticare 63 25

a echipamentelor electrice .. 4.2.1. Arhitecturi ale sistemelor de monitorizare i diagnosticare .. 63 25 4.2.2. Structura general a unui sistem de

monitorizare i diagnosticare 66 4.2.3. Dispozitiv de monitorizare a ntreruptoarelor . 67 4.2.3.1. Caracteristici tehnice ... 67 4.2.3.2. Software de monitorizare, Replay .... 68

4.2.4. Sistem inteligent de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice ... 70 25

4.2.4.1. Generaliti ... 70 25 4.2.4.2. Componente i caracteristici principale .. 70 26 4.2.4.3. Organigrama meniului sistemului 72 4.2.4.4. Configurarea sistemului ... 73 4.2.4.5. Moduri de salvare a datelor .. 75

4.2.5. Dispozitive de testare utilizate pentru monitorizare .. 76 4.2.6. Alte dispozitive de monitorizare dedicate . 79 4.3. Aplicaie software pentru monitorizarea i diagnosticarea

echipamentelor electrice 81 27 4.3.1. Aspecte privind mediul de programare LabVIEW ... 81 4.3.2. Structura i algoritmul aplicaiei ... 82 27 4.3.3. Organigrama meniului aplicaiei software 83 4.3.4. Panoul frontal i diagrama bloc ale aplicaiei software . 84 28 4.4. Rezultate experimentale i interpretri .. 92 29 4.4.1. Monitorizarea i diagnosticarea ntreruptoarelor de nalt

tensiune 92 4.4.1.1. Arhitectura sistemului de monitorizare i diagnosticare... 92 29 4.4.1.2. Parametrii monitorizai i senzorii utilizai .. 92 29 4.4.1.3. Schema de ncercri . 93 29 4.4.1.4. nregistrarea parametrilor . 94 30 4.4.1.5. Generare raport de stare ... 98

4.4.2. Monitorizarea i diagnosticarea ntreruptoarelor de medie tensiune ................................................................................ 99 32

4.4.2.1. Instalaia experimental 99 32 4.4.2.2. Parametrii monitorizai i stri ale ntreruptorului . 100 33 4.4.2.3. Defecte realizate pe ntreruptor i interpretarea datelor.. 102 34

4.4.3. Logica fuzzy n diagnosticarea ntreruptoarelor de putere .. 106 36 4.4.3.1 Noiuni fundamentale despre logica fuzzy. 107 4.4.3.2 Sistem fuzzy pentru diagnosticarea ntreruptoarelor ... 109 36

4.4.3.3. Aplicaie software pentru diagnosticarea ntreruptoarelor pe baza logicii fuzzy 113 37

4.5. Concluzii ................................................................................................ 115 38

Cap.5 Contribuii la realizarea unui sistem de asset management 118 39 5.1. Introducere . 118 39 5.2. Arhitectura unui sistem de asset management ... 119 39 5.3. Aplicaie software de asset management ... 121 40 5.3.1. Instrument virtual pentru calcularea importanei

ntreruptoarelor . 122 41 5.3.2. Instrument virtual pentru estimarea ordinii la mentenan..... 125 42 5.3.3. Instrument virtual pentru determinarea ordinii la mentenan n

funcie de gradul de influen a indexului importanei i a deteriorrii strii tehnice ... 130 44

5.4. Aplicaie software de luare a deciziei de mentenan pe baza logicii fuzzy .. 131 44

5.5. Rezultate experimentale . 136 46 5.6. Concluzii 139 48

Cap.6 Concluzii i contribuii personale .............................................................. 141 49 6.1. Concluzii generale .................................................................................. 141 49 6.2. Contribuii personale .............................................................................. 142 50 Bibliografie ................................................................................................... 146 53 Anexe 1. Caracteristici tehnice ale ntreruptoarelor de medie tensiune de

tip IO.............................................................................................. 151 Anexe 2. Caracteristici tehnice ale ntreruptoarelor de nalt tensiune cu

SF6, tip GL 311 . 152 Anexe 3. Caracteristici tehnice ale dispozitivului de monitorizare BCM.. 154 Anexe 4. Caracteristici tehnice ale sistemului de monitorizare SIMDE ....... 156 Anexa 5. Schema electric desfurat de conectare a sistemului de

monitorizare i diagnosticare pe ntreruptorul de tip GL 311.. 158 Not: Acest rezumat cuprinde principalele rezultate obinute. Numerotarea capitolelor corespunde cu cea din teza de doctorat, respectiv cu cea din rezumatul acesteia.

1

Scopul, obiectivele i structura tezei

Teza are ca scop analiza conceperii, realizrii i implementrii unui sistem de

management al echipamentelor electrice (asset management) la nivelul unei staii electrice a unei companii de electricitate, n contextul n care competiia de pe piaa energetic foreaz companiile de electricitate s reduc costurile de exploatare i s minimizeze investiiile, existnd tendina de a nu nlocui sau moderniza echipamentele nvechite ci de a le exploata pn la sfritul duratei de via, cu riscul continuu de defectare a acestora. Un sistem de asset management al unei staii de transformare urmrete, n ansamblu, s cuantifice starea tehnic a echipamentelor electrice pe baza datelor istorice i n timp real i s stabileasc o ierarhie a activitilor de mentenan. Pentru a lua decizia adecvat i oportun n legtur cu echipamentele existente n gestiunea unei companii de electricitate trebuie realizat o analiz pe baza strii tehnice, respectiv a importanei echipamentelor din cadrul acesteia, n scopul reducerii costurilor i maximizrii profitului.

n vederea realizrii acestui scop sunt necesare atingerea urmtoarelor obiective: cunoaterea conceptului de asset management, a parametrilor i componentelor acestuia; cunoaterea activitilor sistemului de management al echipamentelor electrice; identificarea etapelor necesare implementrii unui sistem de asset management; stabilirea modelului matematic cu ajutorul cruia se poate implementa un sistem de

management al activelor; identificarea algoritmilor i realizarea calculelor pentru extragerea datelor necesare

implementrii sistemului; stabilirea criteriilor n funcie de care se ordoneaz prioritatea la mentenan a

echipamentelor din cadrul unei companii de electricitate; realizarea unor fie de determinare a strii tehnice i a importanei echipamentelor din

cadrul unei staii electrice, a importanei grupelor de echipamente, respectiv a importanei staiilor de transformare din companiile de electricitate;

determinarea parametrilor i posibilitilor de monitorizare a echipamentelor electrice n vederea cunoaterii strii tehnice;

selectarea dispozitivelor de monitorizare i diagnosticare care pot reda starea tehnic a echipamentelor din cadrul unei staii electrice;

testarea sistemului i generarea de rapoarte de stare. Prezenta tez de doctorat este structurat ntr-un numr de ase capitole la care se adaug

bibliografia i anexele. n Cap.1 Introducere n managementul echipamentelor electrice se prezint problematica

existent n sistemul de producere, transport i distribuie generat de numrul mare de echipamente electrice aflate n gestiune, mbtrnirea acestora, i necesitatea introducerii unui sistem de management integrat de luare a deciziei n legtur cu activele unei companii de electricitate.

Cap.2 Sistem de management al echipamentelor electrice prezint conceptul de asset management cu componentele i parametrii care l definesc. Sunt descrise strategiile de

2

mentenan existente n prezent, n sistemul de producere, transport i distribuie a energiei electrice precum: mentenana corectiv, mentenana preventiv bazat pe criterii predeterminate, mentenana bazat pe stare, mentenana centrat pe fiabilitate, respectiv mentenana bazat pe risc.

n Cap.3 Stabilirea ordinii de prioritate a activitilor de mentenan n cadrul unei companii de electricitate se descriu criteriile pe baza crora se ia decizia de ordonare a activitilor de mentenan la nivelul unei staii electrice, respectiv a unei companii de electricitate. Se prezint algoritmul de calcul al importanei unei staii de transformare, pe baza unei fie de determinare a importanei conceput pentru a diferenia elementele de pe acelai nivel ierarhic. De asemenea, sunt prezentate etapele implementrii unui sistem de asset management la nivelul unei staii electrice din cadrul companiei Transelectrica-SA. Este descris modul de repartiie a echipamentelor din cadrul staiei, de calcul al importanei, indexurilor de stare tehnic, de deteriorare a strii tehnice i de importan, respectiv de stabilire a prioritii la activitatea de mentenan.

Cap.4 Monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice trateaz aspecte privind stadiul actual al echipamentelor electrice de comutaie, respectiv al monitorizrii i diagnosticrii ntreruptoarelor. Se prezint studii realizate cu privire la defecte, parametri i tehnici de monitorizare a ntreruptoarelor. Se descriu dispozitive de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice existente, printre care amintim dispozitiv de monitorizare a strii ntreruptoarelor (Breaker Condition Monitoring-BCM) i sistem inteligent de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice (SIMDE).

De asemenea, este prezentat modalitatea de proiectare, realizare i implementare a unor scheme electrice de conectare a dispozitivelor de monitorizare i diagnosticare pe ntreruptoare de medie tensiune, respectiv de nalt tensiune.

Se prezint aplicaia software de monitorizare i diagnosticare (SIMDE-software), conceput n vederea prelucrrii i analizrii parametrilor achiziionai de structurile de monitorizare prezentate, prin comparaie cu nregistrri etalon. Se descrie aplicaia software pentru monitorizarea i diagnosticarea ntreruptoarelor de putere, realizat prin utilizarea logicii fuzzy, aplicaie care permite analizarea datelor obinute, detectarea defectelor, respectiv luarea deciziilor n legtur cu acestea.

n Cap.5 Contribuii la realizarea unui sistem de asset management este prezentat aplicaia software de asset management, realizat n mediul de programare LabVIEW. Sunt prezentate instrumentele virtuale concepute, elaborate i realizate pentru calcularea importanei, estimrii ordinii la mentenan, respectiv determinrii ordinii la mentenan n funcie de gradul de influen a indexurilor importanei i a deteriorrii strii tehnice a ntreruptoarelor. De asemenea, se descrie modalitatea de luare a deciziei de mentenan (meninere, reparare, respectiv modernizare, relocare sau nlocuire) pe baza logicii fuzzy, n funcie de indexurile amintite.

n Cap.6 Concluzii i contribuii personale se sintetizeaz concluziile generale desprinse din lucrare, respectiv contribuiile personale ale autorului.

3

Cap.1. Introducere n managementul echipamentelor electrice

Lumea actual privit sub aspect social, economic, tehnic, cultural etc. este ntr-o continu dezvoltare i schimbare datorit diverselor procese, evenimente/fenomene care au loc n societate (fenomene naturale, criza economic, criza resurselor naturale etc.). Piaa de energie, n general, respectiv cea a energiei electrice, n particular, suport i ea importante modificri la care companiile de electricitate ar trebui s rspund noilor provocri prin metode, procedee, tehnici i tehnologii noi n ceea ce privete producerea, transportul i distribuia energiei electrice.

Competiia de pe piaa energetic foreaz companiile de electricitate s reduc costurile de exploatare i s minimizeze investiiile, constatndu-se deja o reducere general a fondurilor de investiii. Exist tendina de a nu nlocui sau moderniza echipamentele nvechite ci de a le exploata pn la sfritul duratei de via, astfel c riscul de defectare a acestora crete odat cu vrsta echipamentului i cu absena ntreinerii.

n general, n companiile de electricitate i, n particular, n staiile de putere, defectele echipamentelor electrice pot conduce la avarii grave care implic daune i costuri ridicate ce sunt de nedorit ntr-un mediu competitiv. Astfel, este necesar funcionarea normal a echipamentelor importante dintr-o staie electric, dintre acestea cele mai valoroase i costisitoare active sunt ntreruptoarele i transformatoarele de putere.

Activitatea de transport a energiei electrice pe teritoriul Romniei este realizat de ctre compania Transelectrica-SA, prin intermediul Reelei Electrice de Transport (RET). RET este reeaua electric de interes naional i strategic cu tensiunea de linie nominal mai mare de 110 kV. Volumul de instalaii gestionat de ctre Transelectrica-SA este compus din 79 staii electrice, din care: 1 staie 750 kV, 36 staii 400 kV, 42 staii 220 kV avnd 218 uniti principale de transformare care totalizeaz 37565 MVA i care sunt distribuite pe ntregul teritoriu al rii.

Problema care caracterizeaz sistemul de transport al energiei electrice este c liniile i staiile electrice care alctuiesc sistemul electroenergetic au fost construite, n majoritate, n perioada anilor 1960-1980, la nivelul tehnologic al acelei perioade. Conform standardelor existente pe plan naional i internaional cu privire la durata normal de funcionare a echipamentelor electrice, se observ c acestea sunt pe cale s ating, au atins sau chiar depit aceast durat, astfel nct companiile de electricitate trebuie sa fac investiii serioase n retehnologizarea i nlocuirea acestora, Fig.1.1, [63].

Datorit mbtrnirii i uzurii echipamentelor electrice existente n sistemul electroenergetic i a evoluiei tehnologice extrem de rapide este necesar luarea deciziei oportune i adecvate (meninere, reparare, relocare, modernizare, nlocuire) privind elementele uzate moral i/sau fizic i adugarea unor elemente (faciliti) suplimentare, inclusiv introducerea de noi tehnologii.

n cadrul managementului unei companii electrice trebuie implementat un concept complex de luare a deciziei n legtur cu echipamentele electrice, care s in cont de starea

4

tehnic real a echipamentelor, respectiv de importana unei staii de putere n cadrul reelei de transport a energiei electrice. n acest sens managementul activelor (asset managementul - AM) este un mijloc modern i adecvat pentru soluionarea problemei lurii deciziei, tiind faptul c funcia de baz a acestuia poate fi descris ca un proces decizional continuu privitor la toate activitile care se desfoar n cadrul i n legtur cu activele gestionate, n scopul reducerii costurilor i maximizrii profitului.

Modernizare nlocuire

Punere n funciune de noi active

Punere n funciune

Numr active

(an)

Timp

20

n

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

10

Fig. 1.1. Punerea n funciune i luarea deciziilor cu privire la instalaiile electrice

Iniial, asset managementul a fost folosit n industria financiar n termeni care explic

arta tranzacionrii (balansrii) riscurilor si veniturilor. Gestionarea activelor n industria energiei necesit o abordare diferit, deoarece spre deosebire de activele financiare, activele companiilor electrice necesit activitate de mentenan specific fiecrui echipament electric gestionat i implic luarea deciziei (reparare, retehnologizare, relocare sau nlocuire) n legtur cu acestea. AM in industria energiei poate fi privit ca o echilibrare a balanei ntre cost, performan i risc.

n prezent, printre obiectivele principale ale companiilor de energie electric se regsesc introducerea de noi soluii pentru monitorizarea, diagnosticarea i evaluarea strii tehnice a activelor i evaluarea vieii acestora, respectiv de alegere a mentenanei i a posibilitilor de extindere a vieii activelor existente n administrare.

Companiile de electricitate se confrunt cu problema administrrii unui numr mare de echipamente electrice (ntreruptoare, transformatoare, cabluri etc.) fiind necesar o asisten n luarea deciziilor adecvate i oportune n legtur cu activele lor, fapt care subliniaz importana tematicii. Pe baza informaiilor dobndite din activitile AM, procesul lurii deciziilor urmrete s menin n stare de funcionare echipamentele electrice, n condiii de siguran i eficien pentru companiile electrice.

Implementarea unui sistem de asset management ntr-o companie electric, va deveni o necesitate n viitorul apropiat, deoarece activitile principale ale AM, monitorizarea i diagnosticarea strii echipamentului, strategia de mentenan aleas i evaluarea riscurilor implicate, trebuie s gseasc soluia optim, n timp real, cu privire la activele gestionate pentru atingerea obiectivelor economice urmrite de companie, cum ar fi sporirea profitabilitii.

5

Cap.2. Sistem de management al echipamentelor electrice 2.1. Conceptul de asset management Activele societilor comerciale au fost i sunt administrate n scopul obinerii maximului

din investiie. Se constat totui c dei se iau msuri de reducere a costurilor, de reorganizare, de cretere a productivitii i calitii etc., un numr sporit de oportuniti sunt pierdute datorit obiectivelor contradictorii i a lipsei organizrii ntre departamentele societilor. n acest domeniu, al administrrii activelor, se impune utilizarea metodelor de asset management (AM) pentru construirea unei singure structuri pe principiul celei mai bune valori a investiiei (banilor). O imagine cadru a unei structuri de AM se observ n Fig.2.1, n care se

remarc unele componente ale acesteia i anume: managementul riscului, registrul activelor (bunurilor), sistemele de management al muncii, educaia etc. O definiie general a AM, n cazul activelor fizice, poate fi: setul de mijloace (metode, discipline, proceduri) folosite, pe ntreaga durat de via a afacerii, pentru optimizarea costului, performanei i expunerii la risc ale acesteia, [6], [7], [61]. Se poate observa deci c AM afecteaz toate etapele afacerii:

proiectare, exploatare, mentenan, siguran etc. Furnizarea energiei electrice privit ca afacere a suferit schimbri importante datorate nu numai dereglementrii pieei de energie ci i datorit apariiei tehnologiilor informaiei.

2.2. Componentele i parametrii sistemului de asset management Sistemul de AM al unei companii electrice trebuie s includ urmtoarele componente,

[9]: registrul activelor; sisteme de planificare i control; monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice; baze de date istorice i n timp real. n afara aplicaiilor de mai sus se pot enumera i urmtoarele aplicaii, mai importante, care furnizeaz informaii despre active i care pot fi utilizate pentru realizarea unui sistem de AM: sistemele de supraveghere, control i achiziii de date (supervisory control and data acquisition - SCADA); managementul financiar; managementul resurselor etc. Cei mai utilizai termeni (parametri) care acoper aspectele tehnice ale echipamentelor sunt, [6]: disponibilitatea; fiabilitatea; performana; sntatea.

2.3. Activiti ale managementului echipamentelor electrice Sistemul de management al echipamentelor electrice este compus din activiti care sunt

intercorelate ntre ele, iar luarea deciziei asupra activelor implic parcurgerea tuturor acestor activiti. n Fig.2.3 sunt prezentate componentele AM i anume, [17], [29], [49]:

Materiale i resurse Investiii i rennoiri

Exploatare i mentenan

Managementul riscului, Registrul activelor, Sistemul de Management al muncii, Educaia etc.

Sistemul de Asset Management

Fig.2.1 Structura sistemului de asset management

6

monitorizarea i diagnosticarea strii tehnice a echipamentelor electrice; strategia de mentenan aleas; managementul riscului.

Managementul echipamentelor electrice

Monitorizarea i diagnosticarea strii tehnice a echipamentelor electrice

Strategia de mentenana aleas

Managementul riscului

Fig.2.3 Activiti ale managementului echipamentelor electrice

2.3.1. Monitorizarea i diagnosticarea strii tehnice a echipamentelor electrice Determinarea strii tehnice reprezint o component important a sistemului de AM i

urmrete funcionarea echipamentelor din cadrul unei companii de electricitate. Se disting numeroase posibiliti de a obine informaii asupra strii tehnice a echipamentelor electrice dintr-o companie electric.

Determinarea strii tehnice se poate face prin una din urmtoarele metode: monitorizarea on-line; monitorizarea off-line; metode statistice etc.

Pentru majoritatea companiilor de electricitate, tendina folosirii echipamentelor existente, la parametrii optimi, cu un coeficient ridicat de siguran, asociat cu asimilarea noilor tehnologii este de mare actualitate i n continu ascensiune.

Monitorizarea echipamentelor electrice trebuie efectuat pentru a colecta informaii suficiente de la echipamentele monitorizate n vederea estimrii strii tehnice a acestora. Monitorizarea strii implic dezvoltarea unor sisteme dedicate.

2.3.2. Strategii de mentenan n sistemul energetic romnesc majoritatea echipamentelor electrice aflate n exploatare

sunt puse n funciune n perioada 1960-1980. Acestea au ajuns sau depit durata normal de funcionare i, n consecin, necesit o atenie sporit din partea managementului reelei de transport prin implementarea de strategii de mentenan adecvate echipamentelor, [60].

Strategia de mentenan este o component important a sistemului de AM. n aceast etap a AM trebuie clasificate activele n funcie de importana acestora n lanul producerii, transportului i distribuiei energiei electrice pentru a putea implementa o strategie de mentenan adecvat cu scopul minimizrii costurilor de mentenan a echipamentelor.

Strategiile de mentenan au evoluat de-a lungul timpului, de la mentenana corectiv, bazat pe intervenia post-defect la mentenana preventiv, bazat pe timp, la mentenana bazat pe stare, pe fiabilitate, respectiv pe risc, [10], [15], [27], [31], [43]. Mentenana se definete ca fiind ansamblul tuturor aciunilor tehnice i organizatorice care se execut asupra instalaiilor i componentelor acestora pentru meninerea sau restabilirea capacitii de a-i ndeplini funcia pentru care au fost proiectate, [64]. Funcionarea oricrei instalaii presupune alocarea de resurse financiare pentru mentenana acesteia. Mrimea bugetului alocat depinde de gradul de complexitate al instalaiei,

7

de obligativitatea asigurrii continuitii n funcionare etc. Necesitatea reducerii costurilor pe ntreaga durat de via a activului a determinat gruparea conceptelor de mentenan n funcie de

momentul producerii defectelor. Astfel, aceste concepte de mentenan pot fi grupate nainte i dup momentul producerii defectului, Fig.2.5.

2.4.3. Managementul riscului Noile condiii din economie n care mediile de afaceri sunt n continu schimbare,

ndreptndu-se tot mai mult ctre dereglementare i competiie, genereaz riscuri diverse, practic n toate domeniile de activitate.

Riscul este definit ca fiind probabilitatea de apariie a evenimentelor cu consecine nefavorabile. Riscul este o noiune ataat nonfiabilitii sau nonsecuritii i reprezint o msur/consecin a efectelor acesteia. Riscul are deci dou componente, [22], [23]:

probabilitate de a se realiza; consecin economic, evaluabil sau nu.

Riscul este o noiune de baz n luarea deciziilor n managementul tuturor activitilor din domeniul energetic.

2.5. Concluzii Companiile de producere, transport i distribuie a energiei electrice au o baz nsemnat

de echipamente (ntreruptoare, transformatoare, cabluri etc.) care trebuie s fie administrat. Astfel, se accentueaz nevoia de a introduce noi concepte care s reduc riscul de defectare a echipamentelor din cadrul companiilor de electricitate, prin implementarea unor strategii bazate pe analize multicriteriale, tot mai complexe, care n final sa conduc la: creterea siguranei n funcionare; asigurarea continuitii n alimentarea cu energie; minimizarea pierderilor din sistem; satisfacerea calitativ a consumatorilor.

Se ajunge astfel la necesitatea realizrii unei singure structuri de analiz i decizie pentru managementul echipamentelor electrice. Aceast structur, sistem de asset management, se poate realiza datorit progreselor nregistrate n domeniul tehnologiilor informaiei i va cuprinde ca activiti principale pe cele de monitorizare a strii tehnice, de alegere a strategiei de mentenan, respectiv managementul riscului.

Managementul echipamentelor electrice trebuie s fie astfel realizat nct beneficiile de natur economic obinute s fie maxime. Acest lucru implic ca la baza lurii deciziilor s se in seama de criterii de natur tehnic, social, respectiv economic.

Mentenan preventiv

Mentenan bazat pe stare

Mentenan bazat pe criterii predeterminate

Mentenan bazat pe fiabilitateMentenan? bazat pe risc

Strategii de mentenan

Mentenan corectiv

naintea producerii defectului Dup producerea defectului

Fig.2.5. Strategii de mentenan

8

Cap.3. Stabilirea ordinii de prioritate a activitilor de mentenan

n cadrul unei companii de electricitate

3.1. Criterii de ordonare a activitilor de mentenan Companiile de electricitate se confrunt cu problema administrrii unui volum mare de

instalaii (staii electrice, linii aeriene, ntreruptoare, transformatoare, cabluri etc.) fiind necesar o asisten n luarea deciziilor adecvate i oportune n legtur cu activele lor, fapt care subliniaz importana stabilirii ordinii de prioritate a activitilor de mentenan. Pe baza informaiilor dobndite din activitile asset managementului (monitorizare, mentenan i managementul riscului), luarea deciziilor urmrete meninerea n funcionare a activelor, n condiii de siguran i eficien pentru companiile electrice cu un efort investiional i financiar minim. Totodat, asistena n luarea deciziilor, prin utilizarea unui sistem de asset management (AM), va trebui s rspund i la problema privind satisfacerea calitativ a cerinelor consumatorilor, deoarece obiectivele strategice ale companiilor electrice sunt orientate i spre mbuntirea serviciilor oferite.

n vederea stabilirii ordinii de prioritate a activitilor de mentenan la nivelul unei companii de electricitate, se realizeaz o analiz pe baza urmtoarelor criterii, [2], [19], [37], [38], [42],[43], [53], [54]:

starea tehnic a echipamentelor electrice din cadrul staiilor electrice; importana staiilor electrice pentru sistemul electroenergetic.

3.1.1. Starea tehnic a echipamentelor, respectiv a stailor electrice Starea tehnic a unui echipament este un indicator care evideniaz starea de sntate a

acestuia, prin compararea parametrilor actuali, cu parametrii ideali de funcionare (etalon, de referin). Sntatea reprezint msura strii generale a echipamentelor n sensul capacitii de

realizare a funciilor acestora. Pentru evaluarea strii tehnice a unei

staiei electrice, n ansamblu, este nevoie de cunoaterea strii tehnice a tuturor echipamentelor din cadrul acesteia, exprimat prin indexurile de stare (ISTEC) i cuantificarea (nsumarea) acestora astfel ca, la sfrit, un singur index de stare tehnic s fie calculat pentru aceasta (ISTST), Fig.3.1.

Determinarea strii tehnice a unei staii electrice reprezint o component important a

Index de stare transformatoare de msur [1,2ae]

=Index de stare staie electric [1, 2.. a]

Index de stare Transformatoare [1,2, ab]

Index de stare ntreruptoare [1,2ac]

Index de stare Separatoare [1,2..ad]

Index de stare Descarctoare [1,2..af]

Index de stare

+

+

+

+

+

+

Fig.3.1. Algoritmul de calcul a strii tehnice a unei staii electrice

9

sistemului de AM i presupune determinarea indexului de stare tehnic. Calculul indexului de stare tehnic a staiei electrice, dup aflarea indexurilor componentelor acesteia pe baza unor fie de determinare, se poate realiza cu relaia:

i

n

iECi

kST n

ISTIST

k 1)( , (3.1)

n care ISTST(k) reprezint indexul de stare tehnic al staiei k, k= 1, 2, , a, nk - numrul de echipamente din cadrul staiei electrice k i ISTECi, indexul de stare tehnic a echipamentului i din staia electric k.

3.1.2. Importana staiilor electrice Importana unei staii electrice este un indicator care evideniaz influena pe care o are

aceasta asupra nivelului ierarhic din care face parte. Definirea importanei unei staii dintr-o companie de electricitate, nseamn evaluarea consecinelor defectrii acesteia asupra performanelor companiei.

n Fig.3.2 sunt prezentate nivelurile ierarhice i conexiunile ntre acestea la nivelul unei companii de electricitate (CE) i anume: ST - staii electrice, GE - grupe de echipamente, EC - echipamente, AN - ansamble ale echipamentelor, SA - subansamble, iar coeficienii a, m, n, u, r reprezint valorile maxime a componentelor pe fiecare nivelul ierarhic.

Pentru determinarea importanei se pleac de la criterii care permit diferenierea ntre elementele aceluiai nivel ierarhic.

Importana componentelor depinde att de criterii obiective ct i subiective. De exemplu, n Tab.3.1 este prezentat un extras dintr-o fi ce permite determinarea valorilor importanei, pentru nivelul ierarhic staie electric. Fiecare criteriu din tabel are asociat o scar de evaluare, iar fiecare treapt a scrii este notat cu un numr de la 1 la 10. Nota maxim se acord pentru cea mai favorabil treapt. Totodat, fiecare criteriu are asociat o anumit pondere n raport cu celelalte criterii, deoarece fiecare criteriu are o influen diferit n cuantificarea importanei unei staii electrice pentru compania de electricitate, respectiv n performanele acesteia.

Tab.3.1 Fia de determinare a importanei staiilor electrice (extras) Evaluare pe criteriu,

staia electric k Nr. crt.

Criteriu Scara/factor de evaluare Ponderecriteriu

1 2 . a de evacuare 8

de conexiune 7 1 Dup rolul n

sistemul energetic de conexiune i transfer 10

0,5

Subansamble ANamnu=[SA1,...SAamnur] ECamn=[AN1,...ANamnu]

GEam=[EC1,EC2,.ECamn]

STa=[GE1,GE2,.GEam] CE=[ST1,ST2,.STa]

Fig.3.2 Reprezentarea nivelurilor ierarhice

10

de racord adnc 5 schema cu bar colectoare simpl 7

schema cu dublu sistem de bare colectoare 10 schema cu sistem triplu de bare colectoare 5

scheme n punte (fr bare colectoare) 3 2

Dup schema de conexiune aleas

scheme poligonale 2

1

> x euro 10 3 Costul staiei s euro 10 4 Costul mentenanei

< t euro 1 0,5

>z euro 10 5

Daune datorate nefuncionrii

u MW) 10 6

Natura consumatorilor mici consumatori (

11

prioritate. Aceasta este o diagram cartezian avnd indexul de importan reprezentat pe abscis i indexul de deteriorare a strii tehnice pe ordonat i permite luarea deciziilor adecvate i oportune cu privire la activele gestionate.

Deciziile care se pot lua n cadrul unei companiei electrice cu privire la activele gestionate pot fi grupate astfel:

pentru stabilirea activitii de mentenan a activelor, n funcie de starea tehnic a acestora (meninere n funcionare, reparare, respectiv modernizare, relocare i nlocuire);

pentru stabilirea strategiei de mentenan a activelor, n funcie de importana acestora (corectiv, preventiv bazat pe criterii predeterminate, respectiv pe stare);

pentru stabilirea ordinii de mentenan a activelor cu defect la un moment considerat.

Indexul de deteriorare a strii tehnice pentru o staie electric STk la un moment dat se calculeaz cu relaia:

)(0

)()( 1100

STk

STktSTk IST

ISTIDST , (3.3)

unde IST0(STk), ISTt(STk) reprezint valoarea indexului strii tehnice a staiei electrice k n starea iniial fr defect, respectiv la momentul t, k=1, 2, , a numrul staiei electrice.

n procesul de luare a deciziilor n cadrul unei companii de electricitate, considernd doar influena deteriorrii strii tehnice a staiilor, diagrama are trei zone care sunt delimitate de valorile considerate a fi valori de prag n vederea lurii deciziei n legtur cu activitile de mentenan a activelor gestionate. Astfel, IDSTm este valoarea indexului de deteriorare a strii tehnice sub care se ia decizia de meninere n funcionare a activelor, IDSTr este valoarea indexului de stare la depirea creia se ia decizia de nlocuire, modernizare sau relocare, respectiv decizia de reparare a activelor situate ntre cele dou valori de prag IDSTm i IDSTr. Valorile indexurilor de prag IDSTm i IDSTr sunt determinate pe baza datelor istorice i/sau a opiniei experilor.

Cu ajutorul diagramelor de prioritate a activelor, n funcie de starea tehnic, este posibil s se grupeze activele din punct de vedere al activitilor de mentenan n trei zone, Fig.3.3a:

activele care necesit doar inspecii (msurtori de monitorizare i diagnosticare) ce trebuie s fie efectuate n mod regulat, zona I;

activele care necesit activitate de reparare, ntreinere, zona II; activele care trebuie s fie modernizate, relocate, respectiv nlocuite, zona III.

Dac considerm n procesul de luare a deciziei doar influena importanei, diagrama de prioritate are de asemenea trei zone care sunt delimitate de valorile considerate de prag pentru stabilirea strategiei de mentenan corespunztoare, Fig.3.3b. Astfel, IIc este valoarea indexului de importan sub care strategia de mentenan corespunztoare activelor existente n aceast zon este corectiv, IIp valoarea indexului de importan peste care strategia de mentenan potrivit acestei zone este metenan preventiv (bazat pe criterii predeterminate, pe stare), n

12

timp ce pentru activele aflate ntre cele dou valori IIc respectiv IIp strategia de mentenan adecvat este o mbinare ntre mentenan corectiv i mentenan preventiv (bazat pe criterii predeterminate).

Pentru stabilirea ordinii activitilor de mentenan se consider influena ambelor criterii, aceasta realizndu-se prin compararea lungimilor segmentelor de dreapt d1,,d6, Fig.3.4. Segmentele de dreapt se obin prin coborrea perpendicularelor din punctele aflate n planul (II; IDST) pe axa D. Axa D se traseaz prin origine n cadranele doi i patru ale planului amintit mai sus. Valorile numerice ale segmentelor de dreapt se pot calcula analitic cu ajutorul relaiei:

cossin )()( kSTkST IDSTIId , (3.4) unde reprezint unghiul dintre axa indexului de importan, respectiv axa D, unghi care modeleaz gradul de influen a indexurilor importanei, respectiv a deteriorrii strii tehnice asupra ordinii activitilor de mentenan.

Avnd n vedere c n practic ambele criterii (deteriorarea strii tehnice i importana), sunt de ateptat s aib aceeai influen asupra ordinii de prioritate a activitilor de mentenan, valoarea unghiului trebuie s fie egal cu 45. Activele care au segmentele de dreapt cu lungimile cele mai mari vor avea prioritate la mentenan.

Pentru a exemplifica modalitatea de luare a deciziei privind activele (staii electrice) din cadrul unei companiei de electricitate, s-au considerat ase staii electrice cu defect, iar pe baza diagramei de prioritate la mentenan, n urma analizei strii tehnice a staiilor electrice i a influenei egale a celor dou indexuri a reieit faptul c, Fig.3.4a:

staiile aflate n zona III a diagramei de prioritate, necesit o activitate de modernizare sau nlocuire a echipamentelor existente n cadrul acesteia, prioritate avnd ST2 fa de ST1, deoarece are segmentul de dreapt mai mare;

staiile aflate n zona II, necesit o activitate de reparare, a componentelor defecte din cadrul staiei, iar prioritate la aceast activitate pe baza analizei o are staia ST3, fa de ST5, respectiv ST4, n timp ce ST5 are prioritate fa de ST4.

IDST (%)

II (%)

Reparare

Modernizare, Inlocuire, Relocare

Mentinere n funcionare,Inspecii

100

100

D IDSTm

IDSTr

Zona I

Zona II

Zona III

d1 d2 d3

d4

d6

ST1 ST2

ST3

ST4

ST6

d5 ST5

a)

IDST (%)

II (%)

Mentenan corectiv

100

100

D

Zona I Zona II Zona III

d1 d2d3

d4

d6

ST1 ST2

ST3

ST4

ST6

d5 ST5

Mentenan corectiv/ preventiv

IIc IIp

Mentenan preventiv

(timp, stare)

b) Fig.3.4 Diagrama de prioritate a activelor

13

3.2. Etapele implementrii unui sistem de asset management la nivelul unei staii electrice Un sistem de asset management a unei staii de transformare urmrete, n ansamblu, s

cuantifice starea tehnic a echipamentelor electrice pe baza datelor istorice i n timp real i s stabileasc o ierarhie a activitilor de mentenan.

Etapele implementrii unui sistem de management la nivelul unei staii electrice sunt urmtoarele, [2], [16]: a) repartizarea pe grupe de echipamente (GE), echipamente (EC), ansamble (AN) i subansamble (SA) ale tuturor echipamentelor din cadrul unei staii electrice dintr-o companie de electricitate (CE);

De exemplu, pentru staia avnd schema electric prezentat n Fig.3.5, avem urmtoarea repartizare pe grupe de echipamente:

transformatoare de putere, GE1; transformatoare de msur, GE2; ntreruptoare de 110 kV, GE3 ntreruptoare de 400 kV, GE4; separatoare, GE5; descrctoare, GE6.

Fiecare grup de echipamente cuprinde la rndul ei echipamentele corespunztoare acesteia, spre exemplu, grupa ntreruptoarelor cuprinde ntreruptoarele de nalt tensiune de 110 kV GE3/EC1,, GE3/EC11. Fiecare echipament al fiecrei grupe cuprinde la rndul lui ansamblele corespunztoare. n cazul ntreruptorului GE3/EC2, ntreruptor IO de 110 kV, avem urmtoarele ansamble constructive: GE3/EC2/AN1 - calea de curent; GE3/EC2/AN2 - izolaia electric; GE3/EC2/AN3 - mecanismul de acionare; GE3/EC2/AN4 - sistemul de fixare mecanic. La rndul lor ansamblele constructive cuprind subansamblele corespunztoare. Mecanismul de acionare, GE3/EC2/AN3, cuprinde: GE3/EC2/AN3/SA1 - element acumulator de energie (cilindrul cu azot sub presiune) i evile aferente; GE3/EC2/AN3/SA2 - electrovalve de acionare; GE3/EC2/AN3/SA3 - motor/pomp; GE3/EC2/AN3/SA4 - circuite electrice de control, semnalizare, nclzire;

LEA 1400 kV

LEA 2 400 kV

TRAFO 1

CM1 CM2

CTv

2 1

400 kV

GE 4/EC1

GE5

GE4/EC3GE4/EC2

GE4/EC4

GE1

GE6GE6GE6

GE2

GE5 GE5

GE2 GE2 GE2

GE2 GE2

GE2 GE2

GE2 GE5GE5 GE5

GE5 GE5

GE5 GE5

14

LEA 1 110 kV

LEA 3110 kV

TRAFO 2 DRV 1 DRV 2

CTv

2 1

110 kV

LEA 4 110 kV

LEA 6 110 kV

LEA 7 110 kV

LEA 8110 kV

LEA 9110 kV

LEA 10110 kV

LEA 11 110 kV

2 1

GE3/EC1

GE3/EC2

GE3/EC3 GE3/EC4 GE3/EC5

GE3/EC6 GE3/EC7 GE3/EC8 GE3/EC9 GE3/EC10 GE3/EC11

GE5

GE2

GE5

GE2 GE6

GE5 GE5 GE5

EG6

GE5

GE2 GE2 GE2

GE5

GE2 GE2

GE5GE2

GE6

GE5 /EC1GE5

GE1

GE5 GE5 GE5 GE5 GE5

GE2

GE2 GE2

GE2

GE2GE2

GE2GE2

GE2

GE5 GE5 GE5 GE5 GE5 GE5

GE5

GE2

GE2

GE2

Fig.3.5 Asocierea echipamentelor unei staii de 400/110 kV n grupe de echipamente

b) cunoaterea mecanismelor de defectare ale echipamentelor electrice; c) cunoaterea strii iniiale fr defect a tuturor echipamentelor i a staiei electrice n ntregime cu ajutorul unor indexuri de stare tehnic IST;

Cunoaterea valorilor indexurilor de stare tehnic, IST, pentru diferitele echipamente i a staiei electrice dintr-o companie de electricitate, implic, pentru nceput, determinarea importanei pentru fiecare component al staiei. Aflarea importanei este realizat pe fiecare nivel al ierarhiei, ierarhie care a fost stabilit n prima etap a aplicaiei. Astfel, spre exemplu, n Tab.3.2 i Tab.3.3 sunt artate extrase din fie ce permit determinarea importanelor, I, pentru nivelele ierarhice grupe de echipamente (transformatoare, ntreruptore, separatoare, transformatoare de msur etc.), respectiv echipamente (ntreruptoare).

Odat stabilit valoarea importanei pe fiecare element (component) al nivelului ierarhic se pot determina valorile indexului strii tehnice a ntreruptorului, IST, att n starea iniial fr defect ct i la un moment dat t.

Tab.3.2 Fia de determinare a importanei grupelor de echipamente din cadrul staiei electrice (extras)

Evaluare pe criteriu, grupa de echipamente k

Nr. crt.

Criteriu Scara/factor de evaluare Ponderecriteriu

1 2 . m > x euro 10

1 Costul grupei de

echipamente s euro 10 2 Costul mentenanei

< t Euro 1 2

15

>z euro 10 3

Daune datorate nefuncionrii

x euro 10 2 Cost aparat

u euro 10 3

Daune datorit nefuncionrii

s euro 10 4

Costuri mentenan

16

Evaluare criteriu: )()()( jjkj PEVSEVC Total evaluare pe element, pe ntreruptor:

j

kjkEC EVCEVT )()(

unde: EVSj reprezint valoarea scrii de evaluare, Pj reprezint ponderea criteriului, j=1, 2, 3, este numrul criteriului de evaluare, iar k=1, 2, 3, , n reprezint numrul ntreruptorului

Importana ntreruptorului k:

ni

iEC

kECkEC

EVT

EVTI

1)(

)()(

unde: i=1, 2, 3, , n reprezint numrul elementului

n Tab.3.4 este prezentat o parte a unei fie ce permite determinarea strii tehnice,

respectiv valorii indexului strii tehnice pentru un ntreruptor k din grupa de echipamente denumit ntreruptoare.

Tab.3.4 Fi de determinare a indexului strii tehnice (extras) Nr. crt.

Criteriu Scara / factor de

evaluare Pondere Evaluare pe criteriu

(EVPj(k))

17

Indexul de stare tehnic la t : 100)(0

)()()(

kEC

ktECkECktEC EVT

EVTIIST

Criteriile din Tab.3.4 sunt criterii de evaluare pe component i permit stabilirea evoluiei

strii componentului plecnd de la situaia iniial fr defect. n starea iniial fr defect, indexul de stare tehnic ISTEC0(k) este dat de relaia:

[%]100)()(0 kECkEC IIST (3.5) Pentru staia electric prezentat anterior, Fig.3.5, s-a realizat un raport de stare la

momentul iniial, fr defect. n Fig.3.6 sunt prezentate valorile relative ale indexului de stare tehnic (IST) n starea iniial fr defect pentru diferite subansamble, ansamble, echipamente i grupe de echipamente ale staiei luate n considerare. Valoarea indexului de stare tehnic pentru ntreaga staie este de 100%;

EC1 17%

GE1 50%

GE2 2%

GE3 20%

GE4 25%

GE6 1,5%

GE5 1,5%

EC2 10%

EC3 10%

EC4 6%

EC5 9%

EC62%

EC72%

EC2 25%

EC130%

EC1115%

EC1015%

EC97%

EC87%

EC4 15%

EC3 30%

AN1 11%

AN2 15%

AN3 4%

AN470%

AN110%

AN215%

AN35%

AN4 70%

SA145%

SA2 55%

SA330%

SA2 14%

SA1 16%

SA440%

ST 100%

Fig.3.6 Valorile indexului de stare n starea iniial fr defect

d) supravegherea diverilor parametri (presiune, temperatur, curs etc.) ai echipamentelor i diagnosticarea strii activelor. Sistemul de diagnosticare selecteaz datele oferite de sistemele de monitorizare i compar valorile msurate cu valorile de prag (atenionare, alarmare). Sistemele de monitorizare i diagnosticare permit astfel aflarea treptei fiecrui criteriu din scara de evaluare pe care se afl elementul la momentul dorit i determinarea deteriorrii strii tehnice a acestuia, n procente, plecnd de la starea iniial fr defect, datorit modificrii mrimilor supravegheate; e) generarea raportului de stare pentru momentul ales. Valorile indexului de stare tehnic la un moment dat plecnd de la baza ierarhiei stabilite n starea iniial, permit generarea unui raport nou de stare care ine seama de toate problemele existente n activele sistemului analizat, Fig.3.7. Apariia unui defect la subansamblul SA4, al mecanismului de acionare AN4, al ntreruptorului EC1, din cadrul GE3 face ca indexul de stare tehnic a acestuia s scad de la 40% la 10%. Considernd i o micorare a indexului de stare tehnic pentru ntreruptoarele EC3, EC10, valoarea indexului de stare, pentru grupa de echipamente GE3 ntreruptoare de 110 kV, este de 18%. Considerndu-se i deteriorarea strii tehnice a grupei de ntreruptoare de 400 kV i a

18

grupei de descrctoare, valoarea strii tehnice pentru staia n ansamblu devine n acest caz de 95,8%;

EC1 13,4%

GE1 50%

GE2 2%

GE3 18%

GE4 22,9%

GE6 1,5%

GE5 1,4%

EC2 10%

EC3 7%

EC4 6%

EC5 9%

EC62%

EC72%

EC2 25%

EC1 21,6%

EC1115%

EC1012%

EC97%

EC87%

EC4 15%

EC3 30%

AN1 11%

AN215%

AN3 4%

AN449%

AN110%

AN215%

AN35%

AN4 42%

SA145%

SA2 25%

SA330%

SA2 14%

SA1 16%

SA410%

ST 95,8%

Fig.3.7 Valorile indexului de stare tehnic pentru momentul t considerat

f) realizarea repartiiei echipamentelor electrice cu defect ale staiei n planul de coordonate a indexurilor: importana (IIEC) i deteriorarea strii tehnice (IDSTEC), pentru echipamentele staiei considerate cu probleme la momentul t dat. Indexul de importan este un indicator care evideniaz influena pe care o are un echipament asupra grupei de echipamente din care face parte i se calculeaz cu relaia:

)100

( )(0)()(ECk

GEmECkIST

nIII , (3.6)

unde: II(ECk) indexul de importan a echipamentului ECk care face parte din grupa GEm de echipamente, k=1, 2, , n; n - numrul de echipamente cuprinse n grupa m; IST0(ECk) - valoarea indexului strii tehnice a echipamentului ECk n starea iniial fr defect; I(GEm) - importana grupei GEm de echipamente.

Indexul de deteriorare a strii tehnice pentru un echipament ECk la un moment dat se calculeaz cu relaia:

)(0

)()( 1100

ECk

ECktECk IST

ISTIDST , (3.7)

unde: IST0(ECk), ISTt(ECk) reprezint valoarea indexului strii tehnice a echipamentului k n starea iniial fr defect, respectiv la momentul t.

n Tab.3.5 sunt date valorile indexului importanei (II) i ale indexului deteriorrii strii tehnice pentru echipamentele considerate cu defect din cadrul staiei luate n studiu, iar n Fig.3.8 repartiia echipamentelor n planul (II, IDST).

Stabilirea ordinii activitilor de mentenan se realizeaz prin compararea lungimilor segmentelor de dreapt d1,, d5. Valorile numerice ale segmentelor de dreapt se calculeaz cu ajutorul relaiei (3.4) modificat pentru nivelul ierarhic echipamente electrice:

cossin )()( kECkEC IDSTIId , (3.8)

19

unde IIEC(k) indexul importanei echipamentului k, IDSTEC(k) indexul deteriorrii strii tehnice a echipamentului k, gradul de influen a celor dou indexuri asupra ordinii la activitatea de mentenan.

Tab.3.5 Valorile indexului importanei, deteriorrii strii tehnice i ale distanei d

Echipamentul n I(GEm)

(%) IST0(ECk)

(%) ISTt(ECk)

(%) II(ECk)

(%) IDST(ECk)

(%) d Ordinea la

mentenanGE3/EC1 11 20 17 13,4 37,4 21 40,88 I GE3/EC3 11 20 10 7 22 30 36,4 IV

GE3/EC10 11 20 15 12 33 20 37,1 III GE4/EC1 4 25 30 21,6 30 28 40,6 II GE5/EC1 33 1,5 0,8 0,6 0,39 25 17,77 V

Echipamentele care au segmentele de dreapt

cu lungimile cele mai mari vor avea prioritate la mentenan. n situaia dat, atunci cnd influena celor dou indexuri este aceeai, valoarea unghiului este de 45, ordinea prioritii la mentenan este: GE3/EC1 - ntreruptorul TRAFO 2, 110 kV; GE4/EC1 - ntreruptorul liniei LEA 1, 400 kV; GE3/EC10 - ntreruptorul liniei LEA 10, 110 kV; GE3/EC3 - ntreruptorul liniei LEA 3, 110 kV; GE5/EC1 - separatorul de pe TRAFO 2, 110 kV.

3.3. Concluzii Producerea, transportul i distribuia energiei electrice privit ca o afacere a suferit

schimbri importante n ultimul timp. Optimizarea exploatrii echipamentelor din cadrul companiei de electricitate implic luarea celei mai bune decizii n legtur cu aceasta (meninere, reparare, retehnologizare, relocare, nlocuire), pe baza unor analize multicriteriale (stare tehnic, importan etc.) i are ca principal obiectiv creterea siguranei n funcionare a reelei electrice n vederea evitrii unor situaii care pot conduce la evenimente accidentale nedorite att pentru reelele electrice ct i pentru populaie sau mediu.

Sistemul de asset management n cazul unei companii de electricitate, respectiv a unei staii de transformare permite, printre altele:

supravegherea mrimilor de stare i generarea de avertizri i alarme la depirea anumitor valori de prag;

selecionarea i stocarea datelor; generarea de diagrame i rapoarte de stare; stabilirea unei ierarhii n privina activitilor de mentenan ale echipamentelor electrice; abilitate mare n planificare i bugetare pentru reparaii, modernizri i nlocuiri a

echipamentelor electrice; cunoaterea cerinelor consumatorilor.

35

0

5

15 10

30

25

20

10 20 30 40

IDST (%)

II (%)

GE5/EC1

GE3/EC3

GE4/EC1

GE3/EC10

GE3/EC1 D d5-1 d3-3

d4-1 d3-10

d3-1

Fig.3.8 Repartiia echipamentelor n planul ( II, IDST)

20

Cap.4. Monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice

4.1.Consideraii privind monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice n ultimii ani exist tendina utilizrii echipamentelor electrice din cadrul companiilor de

electricitate la limitele de funcionare, cu riscul crescut al defectrii, fapt ce conduce la scoaterea din funciune a acestuia, respectiv la ntreruperea alimentrii cu energie electric a consumatorilor.

O evaluare exact a strii tehnice i a duratei rmase de via poate fi un instrument important pentru evitarea unor avarii, respectiv creterea siguranei alimentrii cu energie electric a consumatorilor. Acest lucru este posibil de realizat printr-o mentenan adecvat a echipamentelor electrice considerate importante (transformatoare, ntreruptoare etc.), respectiv prin raionalizarea cheltuielilor cu aceasta.

Un aspect important n ceea ce privete mentenana ntreruptoarelor o reprezint costurile care sunt n cretere datorit mbtrnirii acestora, uzurii ridicate provenite din exploatarea la limit a echipamentelor odat cu extinderea reelelor, cerinelor ridicate n ceea ce privete fiabilitatea etc.

n general, politica de mentenan a ntreruptoarelor este orientat spre mentenana corectiv (efectuat dup apariia defectului) i pe mentenana preventiv planificat (efectuat dup criterii predeterminate). Dac mentenana corectiv este o component de baz a mentenanei, literatura de specialitate arat faptul c din punct de vedere economic, mentenana preventiv planificat nu se mai justific, n totalitate.

n acest context, pe plan mondial, noua tendin n ceea ce privete mentenana ntreruptoarelor este de a trece de la mentenana bazat pe criterii predeterminate la mentenana bazat pe stare, ceea ce implic introducerea de sisteme integrate de monitorizare i diagnosticare a strii tehnice a acestora.

Monitorizarea strii tehnice este un concept nou care a devenit din ce n ce mai utilizat datorit dezvoltrii continue a senzorilor i traductoarelor, a dispozitivelor de monitorizare, respectiv a posibilitilor noi n ceea ce privete transmiterea datelor achiziionate. Aceste lucruri au fcut ca monitorizarea s reprezinte o soluie atractiv att din punct de vedere tehnic, ct i economic.

4.1.2. Echipamente monitorizate n cadrul unei companii de electricitate exist o multitudine de echipamente electrice care

trebuie gestionate, ntre care ntreruptorul, alturi de transformatorul de putere, reprezint cele mai importante active, fiind necesar funcionarea lor n condiii optime de exploatare i siguran. Rolul ntreruptorului este de a stabili, de a menine i de a ntrerupe curenii corespunztori regimurilor normale de funcionare, ct i regimurilor de defect, [1], [48], [62].

21

n Fig.4.1, sunt prezentate componentele unui ntreruptor indiferent de tipul acestuia, i anume:

Componentele la tensiunea de serviciu care reprezint partea activ a ntreruptoarelor, ce au rolul de a stabili, menine i ntrerupe curentul n instalaiile electrice n care sunt montate. Printre aceste componente se regsesc: camera de stingere (rupere); ntreruptorul auxiliar, rezistor, condensator; izolaia

electric (coloana izolant, aer, ulei, vid, SF6). Elementele de control i auxiliare au rolul de a trimite comanda de funcionare

(nchidere sau deschidere) ntreruptorului. Din aceast categorie fac parte: circuitele de nchidere, deschidere; comutatoare auxiliare, contactoare, relee, termostate; dispozitivul de control al densitii SF6; sigurane, dispozitive de blocare etc.

Mecanismul de acionare este componenta care furnizeaz energia mecanic necesar pentru deplasarea contactelor. Este alctuit din: mecanism de transmitere; acumulator de energie; elemente de control (neelectrice); dispozitive de comand, amortizoare, compresoare, pompe etc. Cele mai utilizate tipuri de mecanisme de acionare sunt urmtoarele: cu acumulare de

energie n resorturi; cu acionare hidraulic; cu acionare oleopneumatic etc. 4.1.2.2. ntreruptoare de nalt tensiune cu hexafluorur de sulf Progresele nregistrate n tehnica echipamentelor de comutaie sunt strict condiionate de

descoperirea i utilizarea convenabil a unor medii electroizolante care, n acelai timp s posede i ct mai bune proprieti de stingere a arcului electric.

n paralel cu ntreruptoarele de putere realizate n tehnici tradiionale (ulei puin, aer comprimat etc.) firmele specializate au fabricat, n ultimele decenii, echipament de comutaie bazat pe o tehnic nou, cea a comutaiei n hexafluorur de sulf.

n prezent, datorit performanelor atinse, aceste aparate cunosc o tot mai larg utilizare i tind s nlocuiasc tehnica tradiional.

ntreruptoarele de putere care utilizeaz hexafluorura de sulf ca mediu izolant, respectiv de stingere a arcului electric, sunt realizate n tehnica autopneumatic, suflaj magnetic, autoexpansiune sau tehnici combinate. Din totalul ntreruptoarelor de putere, o mare parte o reprezint cele autopneumatice. Tehnica autopneumatic a fost adoptat de constructori i acceptat de utilizatori deoarece permite obinerea unor performane electrice nalte, cum sunt: capacitate de scurtcircuit atingnd 63 kA, tensiune nominal de pn la 800 kV, timp de deconectare de valori mici (circa 40 ms). ntreruptoarele de putere realizate n tehnic

Mecanism de acionare

Linie electric

Mec

anis

m d

e tra

nsm

itere

Circuitele electrice de control i auxiliare

ntreruptor

Componente la tensiunea de serviciu

Linie electric

Fig.4.1. Reprezentarea schematic a ntreruptorului

22

autopneumatic funcioneaz cu hexafluorur de sulf la o singur presiune, avnd valori de 0,275...0,7 MPa.

Suflajul necesar activrii stingerii arcului electric se obine, la deconectare, pe durata deplasrii echipajului mobil, prin autocompresie, Fig.4.9, [1], [69]. Aceste ntreruptoare se mai numesc cu autocompresie sau cu o singur presiune (monopresiune).

Ca exemplu constructiv se prezint ntreruptorul de tipul GL 311 (123 kV) AREVA, fabricat de ctre AREVA Energietechnik din Germania, avnd parametri nominali prezentai n Anexa 2.

ntreruptorul, Fig.4.10, este constituit din: 1-trei poli de tip monocolon identici; 2-camera de stingere; 3-coloan izolant; 5-cadru de baz; 4-mecanism de acionare cu nmagazinarea energiei n resorturi, de tipul FK 3-1; 6-indicatorul de presiune a gazului SF6; respectiv circuite de control i comand (nefigurate).

Fixarea polilor, la baza crora este amplasat indicatorul de presiune i mecanismul de acionare, se face pe suportul metalic 5. Polii se cupleaz cu mecanismul de acionare 4 prin intermediul componentelor de transmitere a micrii, Fig.4.11, n care: 1, 2, 3-pol A, B, C; 4-prghia de antrenare; 5-bara de antrenare; 6-prghia B; 7-prghia A, respectiv C; 8-bare de cuplare. 1

2

3 4

5

6

Fig.4.10 ntreruptor de nalt tensiune Fig.4.11 Componente de transmitere a micrii

cu hexafluorur de sulf Fiecare pol, Fig.4.12, este constituit din camera de stingere 1, coloana modul izolator

suport 2 i componente ale mecanismului de acionare, precum: resortul de deschidere 8, tija izolant de transmisie a micrii 9 care strbate coloana 2, respectiv transmite micarea la contactele mobile.

Un pol al ntreruptorului, Fig.4.12, conine urmtoarele subansamble: 1- camer de stingere, 2-coloan izolant; 3-anvelop de porelan; 4-contacte fixe; 5-contacte mobile; 6-borne

Fig.4.9 Principiul cumutaiei autopneumatice (autocompresie)

Presiune joas

Contact fix

Contact mobil

Arc electric Suprapresiune de natur mecanic

23

de conexiuni, 7-carterul polului; 8-resort de deschidere; 9-tij izolant; 10-ghidaj a resortului de deschidere. Calea de curent a unui pol conine bornele de conexiune, contactele de lucru i contactele mobile.

1

2

3

4

5

6

6

7

8

9

10

1

2

3

4

7

5

6

8

9

a) b) c) Fig.4.12 Polul unui ntreruptor de nalt tensiune Fig.4.13 Componentele camerei de stingere

cu hexafluorur de sulf i modul de funcionare Polii ntreruptorului formeaz cu evile pentru gazul SF6, care traverseaz cadru de baz

ajungnd n carterele polilor, un compartiment comun pentru gaz. Valoarea nominal a presiunii hexafluorurii de sulf n aceste ntreruptoare este de 0,64

MPa la 20 C. Controlul presiunii se face cu presostatul 6, Fig.4.10, avnd rolul de a semnaliza scderea presiunii sub 0,54 MPa i de a comanda blocajul general al funcionrii sau deschiderea automat a ntreruptorului, dac presiunea scade sub valoarea de 0,51MPa.

Componentele active ale camerei de stingere i modul de funcionare sunt prezentate n Fig.4.13. ntreruptorul, Fig.4.13a, este prevzut cu contacte specializate, de rupere (l-fix, 2-mobil), respectiv de lucru (3-fix, 4-mobil). Echipajul mobil este constituit din contactele 2, 4 conectate electric ntre ele, ambele solidare cu ajutajul electroizolant-5 i cilindrul metalic-7.

La deconectare, Fig.4.13b, echipajul mobil coboar, arcul electric 9 fiind preluat de contactele de rupere 1, 2. Gazul SF6 comprimat ntre cilindrul mobil 7 i pistonul fix 8 exercit, prin ajutajul 5, un suflaj longitudinal bilateral, sub aciunea cruia se obine stingerea arcului electric. Valvele 6 se deschid la nchiderea ntreruptorului, Fig.4.13c, pentru a permite recircularea gazului necesar suflajului, coninut n spaiul dintre cilindrul 7 i pistonul 8.

Simplitatea constructiv, indicatorii nali de fiabilitate, mentenabilitatea ridicat i cheltuielile de exploatare reduse fac din echipamentele realizate n tehnica autopneumatic cele mai rspndite dintre cele cu comutaie n hexafluorur de sulf.

4.1.3. Studiul defectelor ntreruptoarelor Pentru stabilirea principalilor parametri i caracteristici necesare n monitorizarea i

diagnosticarea strii tehnice a echipamentelor de comutaie trebuie mai nti stabilite

24

componentele responsabile de anomaliile i defeciunile acestora. Din datele statistice aflate n literatura de specialitate a rezultat urmtoarea situaie, prezentat n Tab.4.1, ..., Tab.4.5, [10]. Dup consecinele defectrii, pentru ntreruptoare, specialiti din cadrul CIGRE s-au

oprit doar la dou categorii de defectri i anume: majore (DM); minore (Dm). Defectrile majore corespund dispariiei unei funcii principale a ntreruptorului, necesitnd scoaterea din funciune a acestuia, n timp ce defectrile minore grupeaz toate celelalte defectri care pot fi eliminate mai trziu (cu ocazia lucrrilor planificate sau programate

accidental), [6], [59]. Astfel se propune ca defectarea ntreruptorului s fie considerat ca major dac ntreruptorul: nu anclaneaz sau nu declaneaz la comand; nu ntrerupe curentul sau se defecteaz la deschidere; nu stabilete curentul sau se defecteaz la nchidere; anclaneaz sau declaneaz fr comand; se defecteaz ca urmare a unei amorsri la pmnt, ntre faze sau ntre bornele aceleai faze deschise; nu suport curentul. Ca defectri minore sunt considerate urmtoarele: ntreruptorul nu va anclana sau nu va declana la comand; ntreruptorul nu va stabili sau nu va ntrerupe curentul; pierderi de ulei i/sau hexafluorur; modificarea caracteristicilor funcionale.

4.1.4. Parametri i tehnici pentru monitorizarea ntreruptoarelor Parametrii i caracteristicile ce trebuie considerate pentru realizarea supravegherii i

diagnosticrii strii tehnice a echipamentelor de comutaie se discut pe funcie sau subansamblu. Att parametrii folosii n mod curent ct i cei datorai noii dezvoltri a tehnicilor de diagnosticare sunt tratai sub aspectul utilitii, experienei cunoscute i fezabilitii tehnice i economice. n Fig.4.14 sunt reprezentai parametrii pentru monitorizarea ntreruptoarelor cu SF6, [12], [15], [21]. nglobarea unui numr ct mai mare dintre aceti parametrii, va permite aflarea ct mai exact a strii tehnice reale a echipamentului.

Tab.4.1 Repartiia pe tipuri de defectri i pe componente responsabile Tipuri de defectri

Componente responsabile DM

[%] Dm [%]

Componente la tensiunea de serviciu - camera de stingere (rupere) - ntreruptor auxiliar, rezistor - izolaia principal fa de pmnt

20,4 12,5 0,9 7,0

25,7 8,5 0,6 16,6

Elemente de control i auxiliare - circuitele de nchidere, deschidere - comutatoare auxiliare - contactoare, relee, termostate etc. - dispozitivul de control al densitii SF6

33,3 11,6 7,3 10,4 4,0

22,8 1,2 2,1 6,5 13,0

Mecanismul de acionare - compresoare, pompe, etc. - acumulatorul de energie - elemente de control (neelectrice) - dispozitive de comand, amortizoare - mecanism de transmitere

42,1 15,2 4,0 10,4 7,9 4,6

46,1 20,1 7,0 12,7 4,8 1,5

Alte componente 4,2 5,3

25

Funcia sau subansamblul constructiva ntreruptorului cu SF6

Izolaia Mecanismul de acionare

Circuitele de control i auxiliare

Stabilete, menine i ntrerupe cureni

- numrul de acionri - energia acumulat (presiune) - cursa i viteza la acionare - amprenta vibratorie - numrul de porniri ale pompei, curentul motorului, timp rencrcare pomp, timp total funcionare pomp

- densitatea SF6 - umezeal n SF6 - coninutul n O2 - nivelul aciditii - contaminarea SF6- descrcri pariale- poziia contactelor principale

- rezistena de contact - temperatura de contact - poziia contactelor principale - sarcina n curent - numrul de comutaii - nesimultaneitatea - timpul de arc - viteza contactelor - electroeroziunea contactelor (I2t)

- tensiunea de alimentare- continuitate circuite - curentul n bobine - circuite de nclzire - rezistena de izolaie - starea contactelor auxiliare

Fig.4.14 Parametrii monitorizai ai unui ntreruptor

4.2. Structuri hardware-software de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice 4.2.1. Arhitecturi ale sistemelor de monitorizare i diagnosticare

Achiziionarea datelor, cu privire la parametrii echipamentelor electrice monitorizate, este realizat cu diferite sisteme de monitorizare i diagnosticare. Arhitecturile sistemelor de monitorizare i diagnosticare realizeaz achiziia i procesarea semnalelor folosind unul din cele trei niveluri posibile: local, distribuit i central. Sistemele de monitorizare i diagnosticare pot avea una din arhitecturile urmtoare, [10]: sistem local portabil; sistem local permanent; sistem central on-line, conectare direct; sistem central on-line, conectare distribuit; sistem hibrid; sistem cu reea local integrat - LAN (Local Area Network); sistem integrat total bazat pe calculator.

4.2.4. Sistem inteligent de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice 4.2.4.1.Generaliti Sistemul inteligent de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice (SIMDE)

se utilizeaz pentru monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice de comutaie (ntreruptoare) din instalaiile electrice de nalt tensiune, respectiv de medie tensiune cu acionare monopolar ct i tripolar, [3], [14], [18], [66]. SIMDE poate fi instalat att pe ntreruptoare noi ct i existente i permite obinerea de informaii necesare stabilirii strii tehnice a acestora. Sistemul de monitorizare i diagnosticare poate fi montat n cabina dispozitivului de acionare al ntreruptorului sau ataat pe aceasta, prin introducerea ntr-o cutie de exterior, i se conecteaz n paralel cu circuitul de comenzi operative al acestuia.

Pe durata unei operaii de nchidere sau deschidere a ntreruptorului sistemul permite achiziionarea urmtoarelor informaii despre acesta:

26

curenii primari pe cele trei faze; timpii de nchidere i deschidere ai contactelor auxiliare; evoluia curenilor prin bobinele de anclanare i declanare; cursa contactelor mobile; tensiunea operativ (grad de filtrare, valorile maxim i minim).

SIMDE, fa de sistemele existente pe plan mondial, ofer unele faciliti hardware/software suplimentare: posibilitate de configurare local (LCD + tastatur); mai multe moduri de comunicaie (RS232; TTL; modem GSM); achiziia semnalelor cu o rezoluie de 12 bii la o rata de eantionare de 2 kHz; SD card cu o capacitate de stocare de 2 GB.

4.2.4.2. Componente i caracteristici principale n Fig.4.26 este dat schema bloc a structurii hardware-software de monitorizare i

diagnosticare, SIMDE, [3], [4], [14].

Fig.4.26 Schema bloc a sistemului SIMDE

Structura a fost realizat n jurul microcontrolerului Atmel ATmega2560 AVR. Pe lng acest microcontroler structura mai conine: intrri analogice, intrri de eveniment, ieiri de eveniment de tip releu, afiaj local, interfaa seriala, unitate de stocare a datelor, bloc de alimentare etc.

n Fig.4.27 este prezentat o imagine frontal a dispozitivului n care se pot observa componentele acestuia, precum: bornele de racord, tastele de configurare ale echipamentului

Unitatea central

Microcontroler ATmega2560

ECHIPAMENT ELECTRIC

Unitate de stocare a informaie tip SD card

Senzori

Structur hardware-software inteligent

Ieiri de eveniment de tip releu

Intrri de eveniment

Intrri analogice

Afiaj local Interfa serial RS232

Modem GSM PC Reea GSM

Bloc de alimentare

220 Vca

12 Vcc 5 Vcc 12 Vcc

01010

Modem GSM

27

SIMDE, afiorul local etc. n Anexa 4 sunt prezentate principalele caracteristici ale sistemului SIMDE.

Fig.4.27 Imagine frontal a sistemului SIMDE

4.3. Aplicaie software pentru monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice

4.3.2. Structura i algoritmul aplicaiei n Fig.4.32 este prezentat arhitectura unui sistem inteligent de monitorizare i

diagnosticare a echipamentelor electrice care include i componenta software (SIMDE-Software) realizat n mediul de programare LabVIEW, [12]. Aplicaia software a fost realizat pentru a asigura interfaa cu utilizatorul avnd rolul de achiziie, procesare i analizare a datelor primite de la sistemul de monitorizare i anume: curenii pe faze, tensiune operativ, curenii prin bobinele electromagneilor, cursa contactelor mobile etc.

ntr

erup

tor

Curenii pe faze

Sistemul inteligent de

monitorizare i diagnosticare a echipamentelor

electrice (SIMDE)

Tensiune operativ

Curenii prin bobine

Cursa contactelor mobile

Transmiterea datelor

Aplicaie software (SIMDE-Software)

ncrcare date

Citire date

Calculare parametri monitorizai

Procesare date

Vizualizare valori i grafice parametri

Analizare date Alarme, Atenionri Rapoarte

Fig.4.32 Arhitectura unui sistem de monitorizare, respectiv structura aplicaiei software

LCD Taste pentru configurare

RS 232 interfaa serial SD card

9 intrri analogice

6 intrri de eveniment Conectori pentru alimentare

7 intrri analogice

6 intrri eveniment 9 ieiri de eveniment

28

n continuare, n Fig.4.33 este prezentat algoritmul aplicaiei SIMDE-software. Aplicaia ofer urmtoarele caracteristici: iniializare aplicaie; citirea datelor prin reea serial, modem GSM i cartel SD; vizualizarea setrile existe ale ntreruptorului i ale dispozitivului de monitorizare; calcularea datelor i vizualizarea parametrilor monitorizai n form tabelar; vizualizarea parametrilor achiziionai i valorile caracteristice semnalului (maxim, minim, efectiv, medie etc.); definirea

nivelurilor de prag ale parametrilor monitorizai; semnalizarea depirii unor valori de prag; pagin de raport privind parametrii supravegheai.

4.3.4. Panoul frontal i diagrama bloc ale aplicaiei software n Fig.4.35 este prezentat panoul frontal al aplicaiei SIMDE-software care permite

ncrcarea fiierelor (CONFIG.txt, respectiv DATA.txt) n vederea procesrii i analizrii datelor obinute n urma achiziiei efectuate cu structura hardware-software de monitorizare, descris n 4.2.4. Panoul frontal permite vizualizarea parametrilor achiziionai (cursa, curenii pe cele 3 faze) sub forma tabelar.

Fig.4.35 Panoul frontal al aplicaiei software Fig.4.36 Diagrama bloc a aplicaiei software

De asemenea, panoul frontal este prevzut cu un buton Tiprire raport stare, care prin

apsare genereaz un raport de stare, n care sunt prezentate valorile parametrilor nregistrai, data evenimentului, tipul echipamentului monitorizat, vizualizarea formelor de und etc.

Iniializare software

Citire date

Setri existente

ntreruptor SIMDE

Calculare date achiziionate

Afiare date n form tabelar

Afiare grafic a parametrilor

Afiare valori maxime

Afiare valori minime

Definire niveluri de atenionare pentru

parametrii achiziionai

Nu

Da

Dorii o noua

citire?

Alarm sonor i vizual

Report

Comparare parametri

achiziionai cu valori predefinite

sau cu valori anterioare.

Depire limit?

Afiare valori medii

START

STOP

Da

Nu

Raport de stare

Procesare i analiza date

Fig.4.33 Algoritmul aplicaiei software SIMDE

29

Dac se dorete nchiderea aplicaiei software trebuie apsat butonul de STOP. n Fig.4.36 este prezentat o parte a diagramei bloc a aplicaiei software realizate, i

anume pentru determinarea cursei, respectiv a vitezei contactelor mobile. Aceasta realizeaz: citirea datelor din fiierul de date obinut n urma achiziiei; eliminarea ofsetului; transformarea micrii de rotaie a senzorului rezistiv n micarea liniar a contactelor mobile; eliminarea zgomotului din semnalul achiziionat; extragerea valorilor maxime a cursei; derivarea semnalului pentru obinerea vitezei contactelor mobile; extragerea valorii maxime a vitezei; vizualizarea grafic a parametrilor achiziionai; realizarea de alarme sonore/vizuale; generarea de rapoarte.

4.4. Rezultate experimentale i interpretri 4.4.1.1. Arhitectura sistemului de monitorizare i diagnosticare n Fig.4.39 este reprezentat arhitectura sistemului de monitorizare i diagnosticare a

echipamentelor electrice utilizat pentru monitorizarea echipamentelor electrice de comutaie (ntreruptoare) din instalaiile electrice de nalt tensiune cu acionare monopolar ct i tripolar. Aceasta conine: ntreruptor de nalt, senzorii utilizai, structura de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor electrice, aplicaia software pentru procesare i analiz a datelor.

Zona ntreruptorului de nalt tensiune

Achiziie date

Transmitere date

ntreruptor de nalt tensiune

Mecanism de acionare

Polii ntreruptorului

Structura suport

Izolator suport

Camera de

stingere

Structur hardware-softwarede monitorizare i diagnosticare

Curenii prin bobinele bobinele de deschidere

i nchidere

Cureni de faz

Cursa contactelor mobile

Tensiune operativ

Unitate de stocare a datelor

Interfee seriale RS 232

Expert uman

Raport

SD card

Aplicaia software

Salvare dateSalvare date

Transmitere date

Transmitere date

Data processing

Procesare dateSenzori i traductoare

Traductoare de curent pentru curenii prin

bobinele de anclanare i declanare: unturi

Transformatoare de current

Senzori de deplasare: poteniometre

Senzor de tensiune

Stare ntreruptor: nchis/deschis

Pornire motor mecanism de acionare

Protecie motorPresiune SF6

Sistem integrat de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor

electrice

Fig.4.39 Arhitectura sistemului de monitorizare a ntreruptorului de putere

4.4.1.2. Parametrii monitorizai i senzorii utilizai Pe durata unei operaii de nchidere sau deschidere a ntreruptorului sistemul permite

achiziionarea urmtoarelor informaii despre acesta: cursa contactelor mobile, evoluia curenilor prin bobinele de anclanare i declanare, tensiunea operativ, curenii primari pe cele trei faze, timpii de nchidere i deschidere ale contactelor auxiliare.

4.4.1.3. Schema de ncercri n Fig.4.40 este prezentat schema electric de conectare a sistemului SIMDE la

ntreruptorul GL 311, n vederea evalurii performanelor acestuia, iar n Anexa 5 se prezint schema electric desfurat a sistemului de monitorizare.

30

Fig.4.40 Schema de conectare a sistemului

4.4.1.4. nregistrarea parametrilor n Fig.4.41, 4.42 sunt reprezentate nregistrrile parametrilor monitorizai cu SIMDE i

vizualizarea acestora cu SIMDE-software. Aceste nregistrri au fost efectuate la nchiderea,

Cursa contacte

Tensiune +12 V

TC

TC

TC

Curent faza L3

Curent faza L1

Iniiere deschidere

Iniiere nchidere

Curent fazaL2

Curent bobina de nchidere

Tensiunea operativ

Curent bobina de deschidere

+

- Vcc

BD

Sh

BI

Sh

PresiuneSF6

Protecie motor

Pornire motor

Stare ntreruptor

Tensiune +5V

Motor armare

Porn

ire

Prot

ecie

SF6 Contact aux.ntreruptor

SIMDE

TD

Mecanism de acionare

100

100

100

Sh unt 5A/1V TC transformator de curent 1000/1

TD traductor de deplasare (poteniometru)

Tensiune alimentare 230Vca

Faz Mas

31

respectiv deschiderea ntreruptorului de putere. Achiziia semnalului a fost efectuat cu o rat de eantionare de 2 kHz, cu o rezoluia de 12 bii, avnd durata nregistrrii de 190 ms. Cursa contacte mobile

Curent prin bobina deschidereC

ursa

( m

m)

Cur

ent

0,0

01 (A

)

Timp (ms)

Cursa contacte mobileCurent prin bobina inchidere

Cur

sa (

mm

) C

uren

t 0

,001

(A)

Timp (ms)

a) Cursa contactelor mobile, respectiv curentul prin a) Cursa contactelor mobile, respectiv curentul prin bobina electromagnetului de deschidere bobina electromagnetului de nchidere

Viteza contacte mobile

Vite

za (m

/s)

Timp (ms)

Viteza contacte mobile

Vite

za (m

/s)

Timp (ms) b) Viteza contactelor mobile la deschidere b) Viteza contactelor mobile la nchidere

Curent faza L1Curent faza L2Curent faza L3

Cur

ent (

A)

Timp (ms)

Curent faza L1Curent faza L2Curent faza L3

Cur

ent (

A)

Timp (ms) c) Curenii pe faza L1, L2, L3 la deschidere c) Curenii pe faza L1, L2, L3 la nchidere

Tensiune operativa

Tens

iune

(V)

Timp (ms)

Tensiune operativa

Tens

iune

(V)

Timp (ms) d) Tensiunea operativ la deschidere d) Tensiunea operativa la nchidere

Fig.4.41 Parametri achiziionai la deschiderea Fig.4.42 Parametri achiziionai la nchiderea ntreruptorului tip GL 311 (AREVA) ntreruptorului tip GL 311 (AREVA)

32

Dup achiziionarea semnalelor de pe ntreruptorul de 123 kV, GL 311 (AREVA) se observ c parametrii obinui sunt n conformitate cu cei specificai de ctre productorul echipamentului n cartea tehnic a acestuia, Anexa 2.

Astfel, valoarea cursei contactelor mobile obinute este n limitele specificate de ctre productor i anume 1504 mm. De asemenea, se poate verifica c viteza contactelor mobile este n conformitate cu cea indicat de productor, att la nchidere, ct i la deschidere, cu precizarea c viteza de deschidere (aproximativ 6,5 m/s) este mai mare ca cea de nchidere (aproximativ 4,5 m/s). Aceste msurtori ofer informaii valoroase despre starea ntreruptorului i permit, n cele mai multe cazuri acuratee n verificarea prezenei sau absenei unor anomalii. Monitorizarea tensiunii operative ajut la verificarea tensiunii de alimentare a mecanismului de acionare i a circuitelor electrice. n unele cazuri, dac valoarea tensiunii msurate este n afara limitelor prevzute, arat c sunt probleme n circuitele de comand i auxiliare, respectiv n sistemul care asigur tensiunea operativ. n cazul de fa, valoarea obinut a tensiunii operative este n limitele prevzute n cartea tehnic a ntreruptorului, 230 V.

Monitorizarea curenilor pe cele trei faze ne d valoarea curentului deconectat pentru a putea fi folosit n calcularea electroeroziunii contactelor, mpreun cu numrul de comutaii efectuat i timpul de existen a arcului electric. Determinarea electroeroziunii ofer informaii despre starea contactelor i pot conduce la: indicarea momentului cnd ar trebui nlocuite contactele, eliminarea costurilor nejustificate etc.

Sistemul de monitorizare i diagnosticare prin procesarea i analizarea datelor achiziionate ofer informaii despre starea tehnic real a ntreruptorului.

4.4.2. Monitorizarea i diagnosticarea ntreruptoarelor de medie tensiune 4.4.2.1. Instalaia experimental

n Fig.4.44 este reprezentat instalaia experimental utilizat pentru monitorizarea i diagnosticarea echipamentelor electrice de comutaie (ntreruptoare) din instalaiile electrice de medie tensiune, [13], [101]. Aceasta cuprinde: un ntreruptor de medie tensiune, respectiv un sistem de monitorizare i diagnosticare alctuit din senzori/traductoare, respectiv structura hardware-software dedicat.

ntreruptorul de pe care s-au achiziionat date n vederea diagnosticrii este de tipul IO 20 kV/1250 A, cu mecanism de acionare cu acumulare de energie n resorturi, de tip MRI, avnd parametri nominali prezentai n Anexa 1, [58].

Importana acestor tipuri de ntreruptoare este dat de numrul mare al acestora existent n

Traductoare

Panoul de comand, semnalizare i control

Mecanism de acionare

Intreruptor de medie tensiune

Sistem de monitorizare i diagnosticare a echipamentelor

electrice

Fig.4.44 Instalaia experimental

33

exploatare i de mbtrnirea lor. n cele mai multe cazuri, nlocuirea acestora cu altele mai fiabile este neeconomic, avnd n vedere costurile de achiziie mari, respectiv, uneori, de importan mic a consumatorilor. Ca o consecin se ncearc mrirea duratei de via rmas a ntreruptoarelor existente n reelele electrice.

n Fig.4.45 este prezentat schema electric de conectare a SIMDE pe un ntreruptor de medie tensiune de tip IO.

M ~

230Vca

BM SF LCM

+ _

SD

SF

BI

1RI

CSA EI

RI Re

ED BD

Rd

SI

~ ~

Tensiuneaoperativ

Curentul prin bobina de deschidere

Curent faza L1

Iniiere nchidere

Traductor cursa

Cursa contactelor mobile

230 Vc.a

Sursa alimentare

SIMDE

SIMDE Shunt

Shunt

Curentul prin bobina de nchidere

Iniiere deschidere

Curent faza L2

Curentfaza L3

ntreruptor Circuite de control i auxiliare

P

M~

Fig.4.45 Schema electric de conectare a SIMDE pe un ntreruptor de medie tensiune

4.2.2.2. Parametrii monitorizai i stri ale ntreruptorului n Tab.4.12 sunt prezentai parametrii considerai pentru diagnosticare i domeniul de

variaie a acestora, parametri ce sunt necesari n vederea stabilirii strii tehnice a ntreruptorului. Tab.4.12 Parametrii considerai pentru monitorizarea i diagnosticarea ntreruptoarelor de medie tensiune

Domeniu de variaie Nr. crt.

Parametrii considerai Unitatea de msura Minim Maxim

1 Curentul prin bobina electromagnetului de deschidere A 0,7 0,8 2 Curentul prin bobina electromagnetului de nchidere A 0,7 0,8 3 Aria profilului curentului prin bobina de deschidere As 0,55 0,63 4 Aria profilului curentului prin bobina de nchidere As 0,55 0,63 5 Tensiunea operativ medie V 210 220 6 Cursa contactelor mobile mm 211 218 7 Viteza la deschidere a contactelor mobile m/s 4,5 6 8 Viteza la nchidere a contactelor mobile m/s 3,7 5,2 9 Timpul de deschidere ms 44 70 10 Timpul de nchidere ms 93 123

Analiza adecvat a acesto