Монитор распределительного трансформатора (DTM) — это специализированное аппаратное устройство, которое собирает и измеряет информацию относительно электроэнергии, проходящей в распределительный трансформатор и через него . DTM обычно модернизируется на трансформаторах, устанавливаемых на столбах и площадках . Трансформатор, устанавливаемый на столбах (над землей) или на площадках (под землей), обычно питает от 5 до 8 домов в США и является последним переходом напряжения в процессе понижения напряжения перед тем, как оно попадет в дом или на предприятие. [1] Обычно устройства распределенного мониторинга температуры (DTM) размещаются на клеммах трансформаторов. Однако бывают случаи, когда эти устройства напрямую прикрепляются к вторичным линиям электропередачи.
Аппарат DTM обычно включает в себя прецизионные датчики, как непроникающие, так и пронизывающие, в дополнение к коммуникационным модулям, интегрированным на борту для бесперебойной передачи данных. В установку DTM также включены соответствующие положения для электропитания. Собранные данные из блока DTM передаются в центральный механизм сбора данных и/или установленную систему диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) / управления данными счетчиков (MDM), где хранится и предоставляется пользователям соответствующая информация, касающаяся трансформатора. Часто аналитические платформы вступают в игру для расшифровки данных, собранных и сообщенных DTM, тем самым улучшая понимание полученной информации.
Обзор
Система мониторинга распределительных трансформаторов (DTM), часто называемая внутрисетевым датчиком, занимает особое положение в распределительной сети. Она способна предоставлять как данные в реальном времени, так и исторические данные о трансформаторах, которые она контролирует. Помимо мониторинга отдельных трансформаторов, DTM представляют собой важнейшие точки доступа к информации в архитектуре сети. При развертывании в сети по всей распределительной сети эти устройства предлагают несколько точек данных. Для операторов электросетей эти точки данных могут варьироваться от базовых контрольных измерений до всеобъемлющего понимания внутрисетевых условий и производительности в зависимости от плотности развертывания.
Стратегия развертывания устройств DTM варьируется в зависимости от конкретных потребностей и целей рассматриваемой коммунальной службы. Развертывания могут быть хирургическими, то есть стратегически ограниченными ключевыми областями сети, или они могут быть всеобъемлющими, охватывающими более крупные участки сети, такие как сегменты линии, определенные фидеры цепи или целые подстанции. Решение о размещении и плотности развертываний DTM зависит от целевых требований к данным и эксплуатационных целей соответствующей электроэнергетической компании.
Удаленные обновления/модернизации Over-The-Air (OTA) поддерживаются некоторыми предложениями устройств DTM. Эта возможность OTA, если поддерживается, позволяет оператору выполнять удаленную настройку и/или обновления исполняемого кода (т. е. прошивки) устройств DTM без необходимости дорогостоящих выездов или замены устройств. Поддерживая обновления/модернизации прошивки OTA, поставщики могут постепенно расширять и углублять набор точек данных, полученных устройством DTM, делая его достаточно перспективным, тем самым повышая ценность и актуальность для оператора коммунальной службы на протяжении всего срока службы устройств DTM.
Приложения
Датчики DTM передают своевременные, точные внутрисетевые показания для напряжения, энергии, тока и температуры, тем самым расширяя возможности длинного списка выводимых показателей производительности и качества электроэнергии для эксплуатационного персонала. [2] Эти фундаментальные точки данных имеют прямое отношение к операторам электросетей. Кроме того, эти точки данных можно экстраполировать для выявления улучшенных показателей производительности сети и информации о состоянии активов. Учитывая физическое расположение DTM в самом сердце распределительной сети, в дополнение к возможности отчетной частоты DTM, универсальность этого внутрисетевого датчика является обширной.
Коммунальные предприятия по всей территории США начинают переходить на трансформаторные технологии для повышения надежности и эффективности распределения, а также обслуживания клиентов и снижения эксплуатационных расходов. [3]
Примеры приложений, полученных на основе прямой и/или косвенной информации, представленной DTM, включают:
Мониторинг распределенных энергетических ресурсов (DER) (т. е. двунаправленный мониторинг энергии, влияние напряжения, влияние тока и т. д.)
Распознавание недостаточной мощности/перегрузки трансформатора (например, удары от зарядных станций электромобилей , гидропонные теплицы для выращивания марихуаны и т. д.)
Недостаточный выбор мощности трансформатора (т. е. ненужные дополнительные потери энергии, ускоренный преждевременный выход из строя и т. д.)
Аномальные характеристики напряжения трансформатора
Мониторинг температуры трансформатора
Оценка срока службы трансформатора
Распознавание дисбаланса фаз
Заполнение платформ искусственного интеллекта (предвидение/прогнозирование возникающих внутрисетевых проблем, которые человеческое распознавание не может идентифицировать)
Содействовать усилиям по стратегическому размещению мест хранения батарей (т.е. использовать мониторинг обратной энергии, вызванный DER, для определения текущих и будущих мест размещения батарей)
Определить ошибки картографирования Географической информационной системы (ГИС)
Проблемы со здоровьем
Учитывая физическое положение размещения DTM (т. е. на распределительном трансформаторе), нет известных проблем со здоровьем, связанных с этим семейством внутрисетевых датчиков. Устройства DTM созданы с учетом безопасности пользователя/установщика и в остальном не оказывают известного измеримого воздействия на окружающую среду.
Обоснование бизнес-кейса
Расходы коммунальных служб на управление активами и технологию мониторинга сетей должны достичь почти 50 миллиардов долларов к 2023 году, согласно новому исследованию Navigant Research. [4] Учитывая пионерскую стадию технологии DTM, значительная информация о бизнес-кейсе ограничена в доступе для публичного ознакомления. Аргументы против внедрения DTM обычно утверждают, что вторичная стоимость трансформатора в размере от 1000,00 до 2000,00 долларов США (в среднем) не оправдывает применение модернизированной DTM для мониторинга производительности трансформаторных активов. Однако стоимость DTM основана на сочетании функций/преимуществ, которые включают не только важность мониторинга состояния трансформатора, но и ряд функций видимости и согласования данных из самого сердца распределительной сети, которые в противном случае недоступны оператору электросети (см. Приложения).
По сути, в то время как инфраструктура усовершенствованных измерений (AMI) или поставщики интеллектуальных счетчиков предоставляют ряд точек данных для коммунальных служб, DTM предлагает другое измерение доступа к данным в реальном времени и историческим данным для оператора сети и способен обнаруживать информацию, которую активы AMI не могут захватить и/или сообщить оператору с необходимой частотой. Каждая коммунальная служба должна оценить, среди прочего, свои уникальные потребности в управлении сетью, свои уровни неидентифицируемых потерь, которые могут быть устранены/смягчены развертыванием DTM, свой потенциал экономии Demand Response посредством практик Volt/ VAR и снижения напряжения (CVR), поддерживаемых устройствами DTM, и свою потребность в данных в реальном времени и/или исторических данных из самого сердца распределительной сети при формулировании обоснования своего бизнес-кейса. Инвестиционные решения, связанные с развертыванием DTM, включают в себя набор денежных выгод, которые включают экономию для коммунальной службы за счет снижения эксплуатационных расходов, сокращения отключений электроэнергии, сокращения продолжительности отключений электроэнергии, снижения затрат на пиковый спрос и возмещаемых потерь от хищения электроэнергии; и косвенные финансовые выгоды, связанные с улучшением поставок электроэнергии и ее качества для плательщиков тарифов, сокращением выездов на место, что снижает затраты на обслуживание, а также обеспечивает снижение воздействия на окружающую среду , улучшением ключевых показателей эффективности коммунальной компании (например, SAIDI , SAIFI , CAIDI и т. д.) и повышением стоимости для заинтересованных сторон/акционеров за счет улучшения итоговых финансовых показателей коммунальной компании.
Соответствие интеллектуальной сети: Устройства Distribution Transformer Monitor (DTM) предоставляют решение для революции интеллектуальной сети. GTM Research (подразделение Greentech Media ) ожидает значительного роста рынка США для оборудования для мониторинга трансформаторов, увеличивая его текущую оценку в 112 миллионов долларов в год до 755 миллионов долларов к 2020 году. [5] На сегодняшний день поставщики интеллектуальной сети предоставили операторам электросетей значительные инструменты управления и контроля для подстанций и внедрили расширенную инфраструктуру измерений (AMI или интеллектуальные счетчики) для улучшения доступа к данным в начальной и конечной точках распределительной сети. Однако обширным и, возможно, наиболее уязвимым сегментом сети остается участок между подстанциями и счетчиками конечных точек, включающий более 6 миллионов линейных миль (сеть США) и 40+ миллионов распределительных трансформаторов (сеть США), который теперь в совокупности называют «сердцем сети».
В настоящее время область «сердца сети» несколько лишена достаточной плотности универсальных, экономически эффективных датчиков, тем самым оставляя операторам ограниченную видимость в этой критической области. Для дальнейшего развития от традиционного реакционного управления и состояния решения проблем в пространстве «сердца сети» к более проактивной позиции, которая соответствует цели и ценности «интеллектуальной сети», появление DTM является своевременным. Хотя были предприняты усилия по использованию данных счетчиков подстанций и конечных точек, а также вспомогательных алгоритмов для предположения и постулирования событий и потребностей в «сердце сети», очевидно, что операторам сетей требуется прецизионная, своевременная информация из этого обширного сегмента сети, чтобы проактивно и эффективно управлять ее производительностью. Необходимость эффективного объединения всех трех критических точек измерения (т. е. подстанций, счетчиков конечных точек и данных DTM из «сердца сети») может быть коллективно необходима для продвижения всеобъемлющего опыта интеллектуальной сети.
Почему мониторы распределительных трансформаторов имеют основополагающее значение для модернизации сети — достижения ценных результатов, которые не может надежно обеспечить развитая инфраструктура счетчиков:
Расширенная инфраструктура измерений (AMI), автоматизированное считывание показаний счетчиков (AMR) и/или ручное считывание показаний счетчиков точно и надежно представляют только данные конечной точки. Если какая-либо мощность отводится до счетчика конечной точки (т. е. отвод до счетчика), точное обнаружение этого отвода мощности затруднено или практически невозможно без использования точки согласования выше по потоку — предпочтительно на распределительном трансформаторе. Благодаря точному сбору уникальных данных на распределительном трансформаторе устройства DTM обеспечивают необходимые точки согласования между счетчиками подстанции и конечной точки, что позволяет операторам коммунальных служб эффективно обнаруживать отвод мощности, происходящий перед счетчиком конечной точки. Без надежной точки согласования на распределительном трансформаторе система обнаружения хищения электроэнергии оператора коммунальных служб остается проницаемой, неэффективной и ненадежной.
Если бы только AMI был полным решением для обнаружения/идентификации перенаправления, то установленные AMI коммунальные службы редко несли бы потери более 1-3% от неизбежных в противном случае технических потерь. По данным Управления энергетической информации США (US EIA) [6], большинство распределительных коммунальных служб сообщают о ежегодных потерях энергии почти в 5% или более. [7] Устройства DTM и связанная с ними аналитика данных обладают функциональными возможностями, позволяющими операторам коммунальных служб быстро выявлять внутрисетевые аномалии. AMI является компонентом в процессе обнаружения и решения перенаправления, но без надежной точки согласования на распределительном трансформаторе система обнаружения остается проницаемой и неэффективной. Многие коммунальные службы, даже те, у которых есть AMI, на самом деле страдают от необходимой доступности своевременной, детализированной, точной внутрисетевой информации, которая необходима для улучшенного обнаружения потерь энергии и улучшенной модернизации сети.
Измерения электроэнергии на распределительном трансформаторе [8] позволяют проводить постоянную проверку счетчиков AMI для обеспечения точной работы счетчиков и выявления проблем с неправильным учетом в распределительной сети.
Если счетчики клиентов выдают «разумные показания потребления» через AMI, AMR или ручное считывание показаний счетчиков, они, скорее всего, останутся без расследования. Но когда DTM развернут вверх по течению, он регистрирует разницу в потреблении энергии для всего сегмента вниз по течению, который обслуживается каждым соответствующим трансформатором. Это позволяет операторам обнаруживать менее очевидные, но все еще дорогостоящие случаи перенаправления мощности. [9]
Для целей судебного преследования доказательства, представленные DTM в дополнение к AMI, AMR или ручным показаниям, имеют преимущество перед наличием только данных показаний счетчиков, когда обнаруживается несанкционированный доступ и запрашивается устранение неполадок и/или судебное преследование. [10]
DTM обеспечивает улучшенное наблюдение за рабочим столом для кражи электроэнергии, тем самым помогая защитить персонал коммунальных служб от опасностей разведочных полевых работ по обнаружению потенциальных случаев перенаправления электроэнергии. Используя DTM, операторы могут точно определять потери со своих рабочих мест и направлять соответствующий персонал (возможно, даже правоохранительные органы) для решения каждой конкретной ситуации.
С внедрением AMI или AMR персонал, считывающий показания счетчиков коммунальных услуг, больше не посещает собственность своих клиентов; [11] таким образом, у операторов больше нет «глаз в поле», чтобы замечать неблаговидное поведение. DTM обеспечивает экономически эффективный, неинвазивный, надежный источник для столь необходимой видимости в сети.
DTM предлагает ценные оповещения об обнаружении отключений с помощью функции отправки отчетов в последнюю минуту, тем самым помогая операторам коммунальных служб точно определять места отключений и ускорять восстановление подачи электроэнергии для потребителей.
Информация о нагрузке/перегрузке трансформатора лучше, когда она фиксируется DTM (по сравнению с прогнозируемыми или алгоритмическими оценками нагрузки, полученными с помощью накопленной статистики AMI или AMR). Кроме того, DTM точно и надежно фиксирует другие показатели, связанные с состоянием трансформатора и внутрисетевыми условиями; такие как, помимо прочего, данные о температуре, процент номинальной нагрузки, продолжительность фактической нагрузки, информация о напряжении и токе и т. д.
DTM позволяет обнаруживать, количественно оценивать и локализовать дополнительные дорогостоящие внутрисетевые потери, возникающие между трансформатором и конечными счетчиками (например, определенные технические потери и нетехнические потери), в том числе, помимо прочего, возможность определять плохо функционирующие и/или плохо откалиброванные конечные счетчики.
DTM позволяет операторам точно определять объем распределенного энергетического ресурса (DER), инспирированного обратной энергией, передаваемой в сеть на уровне распределительного трансформатора. Это имеет решающее значение, поскольку обратная энергия может негативно влиять на внутрисетевое напряжение и незапланированную нагрузку/перегрузку, которые в совокупности или по отдельности могут привести к рискам для безопасности и надежности сети.
DTM уникальным образом позволяет идентифицировать незапланированную нагрузку/перегрузку на границе сети, создаваемую зарядными станциями для электромобилей (EV), майнингом криптовалюты, легализацией выращивания марихуаны на гидропонике, постоянным хищением электроэнергии и т. д. Воздействия нагрузки/перегрузки трансформатора, связанные с такой деятельностью на границе сети (в основном происходящей в жилом секторе), обычно неизвестны операторам (т. е. операторы обычно не знают, где, когда или насколько большая незапланированная нагрузка/перегрузка создается большинством видов деятельности на границе сети). Эта реальность представляет серьезные риски для надежности, устойчивости и пожаров/лесных пожаров сети для всех заинтересованных сторон.
Хотя внедрение AMI продвигается на многих рынках, хищение электроэнергии, как правило, растет, несмотря на эти усилия по развертыванию интеллектуальных счетчиков. Поскольку установки AMI или AMR обычно приводят к тому, что сотрудники коммунальной службы не посещают помещения клиентов после установки, воры электроэнергии знают, что они могут выполнять предварительные отводы счетчиков и, вероятно, красть электроэнергию бесконечно, не опасаясь обнаружения коммунальной службой. Рост стоимости хищения электроэнергии (при продолжении развертывания AMI) является еще одним подтверждением важности использования технологии DTM операторами в качестве критической точки согласования внутри сети, тем самым помогая выявлять дорогостоящие случаи хищения электроэнергии.
Операторам теперь приходится бороться со случаями, когда счетчики конечных точек крадутся из мест или юрисдикций, а затем устанавливаются в несанкционированных местах злоумышленниками. Счетчики конечных точек могут быть заменены таким образом как на временной, так и на постоянной основе. Эта несанкционированная практика приводит к тому, что неточные данные счетчиков передаются коммунальному предприятию, что может привести к дополнительным потерям и неточным представлениям о нагрузке/перегрузке относительно вышестоящего распределительного трансформатора(ов).
Обычно отображение объектов коммунальных услуг с помощью географической информационной системы (ГИС) устарело из-за постоянных изменений, происходящих в распределительной сети. Из-за устаревших данных ГИС связь счетчиков конечных точек AMI, AMR или Manual Read с трансформаторами выше по течению, вероятно, будет неточной. Если только один счетчик конечной точки неточно назначен в отображении ГИС неправильному трансформатору выше по течению, вся информация счетчиков конечных точек (AMI или иная) становится ненадежно точной относительно связанного трансформатора(ов) выше по течению. Таким образом, операторы не могут надежно предсказать или узнать фактическую нагрузку/перегрузку, напряжение и/или текущие условия относительно трансформатора выше по течению. Это еще одна причина, по которой точная, надежная информация о трансформаторе, предоставляемая DTM, ценна для операторов.
Устройства DTM предоставляют операторам автоматические оповещения. Эта функция создает среду Grid Watchdog «Hands-Free», в которой операторам не нужно тратить большие суммы денег на постоянный мониторинг внутрисетевых условий. Вместо этого DTM можно программировать/перепрограммировать на лету, каждое устройство можно перепрограммировать индивидуально, что позволяет операторам сосредоточиться на нескольких точках интереса на протяжении всего срока службы устройств DTM. Автоматические оповещения обычно создаются, когда устройства DTM обнаруживают высокие/низкие показания, которые выходят за пределы предварительно запрограммированных допусков коммунальной службы, и/или быстрые уведомления об отключениях, как указано выше. Эта функция автоматически выдает операторам полезную информацию, а не пытается распознать менее надежные, менее детализированные, менее своевременные и/или потенциально устаревшие данные счетчиков конечных точек. Только с помощью DTM можно надежно и последовательно обнаруживать, раскрывать и сообщать операторам комплексные внутрисетевые условия своевременно.
Показания устройства DTM могут «заполнять пробелы» всякий раз, когда счетчик AMI в группе счетчиков на одном трансформаторе не выдает правильные данные по какой-либо причине. При условии отсутствия отклонений DTM может предоставить коммунальному предприятию существенно точную недостающую информацию о потреблении, помогая гарантировать, что счет клиента будет выставлен более точно по сравнению с типичными системами оценки, используемыми сегодня.
DTM в сочетании с AMI может проверять/измерять проблемы между DT и счетчиком, такие как падения напряжения, которые могут привести к тому, что напряжение в доме будет ниже номинального. Счетчик AMI сообщит о низком напряжении, но DTM может проверить, является ли напряжение, подаваемое на DT, номинальным или нет.
DTM может быть установлен без обязательного отключения электроэнергии, испытываемого нижестоящими потребителями. По сравнению с концепцией замены старого/вышедшего из строя/перегруженного трансформатора на новый или «умный» трансформатор, реальность принудительного отключения электроэнергии нижестоящей сети является обязательной. Но, устанавливая DTM, операторы могут точно понимать состояние и связанную нагрузку спроса, налагаемую на каждый контролируемый DTM трансформатор. Это позволит операторам сократить количество трансформаторов, которые в противном случае могут нуждаться в замене или преждевременно выйти из строя. По сути, развертывание DTM может создать «мгновенный интеллектуальный трансформатор» из существующего стандартного трансформатора. И этот «мгновенный интеллектуальный трансформатор» затем может действовать, чтобы проактивно информировать операторов о внутрисетевых условиях за меньшую стоимость, чем потребует установка нового интеллектуального трансформатора, в дополнение к тому факту, что развертывание DTM не требует отключения для установки, но новый интеллектуальный трансформатор потребует многочасового требования отключения электроэнергии.
Устройства DTM обычно имеют возможность сообщать ключевую внутрисетевую информацию непосредственно в существующие системы SCADA, MDM, ADMS, ONS и т. д. оператора коммунальной службы. Эта бесшовная передача уникальных внутрисетевых данных достигается через DNP3, FTP, CSV и/или веб-сервисы. Таким образом, DTM может быть беспрепятственно использован для существенного улучшения понимания внутрисетевых данных оператором, а внутрисетевые данные могут быть использованы для упрощения автоматизированных операционных действий на основе фактической, надежной информации, которую AMI (измерение конечной точки) не может.
Используя технологию Over-The-Air (OTA), устройства DTM могут регулярно обновляться по мере необходимости и/или по мере развития технологий. Эта способность создает постоянное преимущество «защищенности от будущих требований», благодаря которому возможности DTM могут быть расширены; таким образом, устраняя беспокойство о том, что устройства DTM устаревают до истечения предполагаемого срока службы (например, обычно 10–15 лет)
Устройства DTM обычно обладают гибкостью для передачи внутрисетевой информации через сотовую связь или сеть RF Mesh. Большинство сотовых сетей предлагают более надежную возможность передачи, благодаря чему оператору может передаваться максимальная полезная нагрузка внутрисетевой информации. При использовании технологии сети RF Mesh обычно доступна меньшая полоса пропускания, чем в сотовых сетях, что снижает возможности передачи данных устройств DTM. Существуют различные решения по соотношению затрат и выгод, которые применимы к правильному выбору сети Backhaul для каждого оператора.
Учитывая уникальную, своевременную, детализированную и точную внутрисетевую информацию, предоставляемую DTM, значимая ценность предоставляется отделам планирования, эксплуатации и бюджетирования большинства операторов коммунальных услуг. Результатом является более надежная, более устойчивая, более экономичная и более энергоэффективная эксплуатация сети, облегчаемая DTM.
^ Сарджент, Бретт. «Следующая большая гонка интеллектуальных сетей? Она начинается в конце подъездной дороги (распределительный трансформатор)». www.smartgridnews.com/ . Архивировано из оригинала 6 ноября 2014 г. . Получено 8 сентября 2014 г.
^ Снук, Алан. «Триангуляция данных – секретный соус» для настоящего опыта интеллектуальной сети». grid2020.com/ . Архивировано из оригинала 26 октября 2014 г. . Получено 8 сентября 2014 г. .
^ Келлисон, Бен. «Рынки мониторинга трансформаторов, 2013–2020 гг.: технологии, прогнозы и ведущие поставщики». www.greentechmedia.com/ . Архивировано из оригинала 6 ноября 2014 г. . Получено 8 сентября 2014 г. .
^ Моррис, Иэн. «Расходы коммунальных служб на мониторинг сетей достигнут 50 миллиардов долларов к 2023 году: Navigant Research». www.telecomengine.com/ . Архивировано из оригинала 6 ноября 2014 года . Получено 8 сентября 2014 года .
^ «Как технологии интеллектуальных трансформаторов для сетей стабилизируют стареющую электрическую сеть США?». globenewswire.com/ . 7 февраля 2013 г. Архивировано из оригинала 6 ноября 2014 г. Получено 8 сентября 2014 г.
^ "Сколько электроэнергии теряется при передаче и распределении электроэнергии в Соединенных Штатах? - FAQ - Управление энергетической информации США (EIA)". www.eia.gov . Архивировано из оригинала 2021-05-14 . Получено 2019-06-27 .
^ Шонек, Жак (2013-03-25). "Насколько велики потери в линиях электропередач?". Блог Schneider Electric . Архивировано из оригинала 2019-04-15 . Получено 2019-06-27 .
^ Дамнянович, доктор философии, Александр; Фергюсон, бакалавр наук, Грегори (9 июня 2004 г.). «Измерение и оценка потерь в распределительных трансформаторах при нелинейной нагрузке» (PDF) . Power Quality International . Архивировано (PDF) из оригинала 27 июня 2019 г. . Получено 27 июня 2019 г. .
^ Келли-Детвилер, Питер. «Кража электроэнергии: более серьезная проблема, чем вы думаете». Forbes . Архивировано из оригинала 20.11.2015 . Получено 27.06.2019 .
^ «Количество краж растет после того, как Калифорния снижает уголовные наказания, говорится в отчете». Los Angeles Times . Associated Press. 13 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 27-06-2019 . Получено 27-06-2019 .
^ "Проверка, считывание показаний, диагностика неисправностей электросчетчика + как определить электрическую емкость или размер". inspectapedia.com . Архивировано из оригинала 2019-06-27 . Получено 2019-06-27 .