746e5bc6-05a7-42d3-8b61-a0310e5047a2

1.

Калимуллин Динар
Разработка программной системы
мониторинга загрузки силовых
трансформаторов в реальном времени
Python-система контроля загрузки трансформаторов в реальном
времени

2.

Почему мониторинг трансформаторов стал
необходимым
Трансформаторы задают надежность и качество электроснабжения,
поэтому любые отклонения по температуре и нагрузке ускоряют
деградацию изоляции и рост потерь. Признаки проблем часто
проявляются поздно. Мониторинг в реальном времени фиксирует
тренды по токам, температуре, состоянию масла и охлаждения,
помогая предупреждать аварии и планировать обслуживание.
2

3.

Профильная организация и место практики
Роль компании
АО «Сетевая компания» обеспечивает передачу и распределение
электроэнергии в Республике Татарстан, поддерживая надёжную работу
сетевого комплекса и участвуя во внедрении цифровых решений
для энергетической инфраструктуры региона.
Структура предприятия
В состав организации входят центральный аппарат, диспетчерские
службы, подразделения релейной защиты и автоматики, службы ТОиР,
отделы АСУ и территориальные филиалы электрических сетей.
Практическая направленность
Практика была связана с мониторингом электротехнического оборудования,
программированием автоматизированных систем и анализом параметров
силовых трансформаторов в условиях, приближённых к реальной
эксплуатации.
Объекты контроля
В подразделении рассматриваются силовые трансформаторы,
распределительные подстанции, измерительные трансформаторы тока
и напряжения, системы телеметрии, а также устройства, обеспечивающие
диспетчеризацию технологических процессов.
3

4.

Схема обработки данных в системе
Последовательность отражает путь от измерения параметров до диспетчерского уведомления и архивации событий.
4

5.

Контролируемые параметры и критерий
перегрузки
Электрические
параметры
Система непрерывно
отслеживает фазный ток,
линейное напряжение,
активную и реактивную
мощность, а также
коэффициент мощности. Эти
величины позволяют
оценивать режим работы
трансформатора
без задержек.
Тепловой контроль
Дополнительно
анализируются температура
масла и температура
обмоток. Рост этих
параметров при неизменной
нагрузке указывает
на ухудшение охлаждения
или начало развития
дефекта.
Коэффициент
загрузки
Основной расчёт
выполняется по формуле Кз
= Sтек / Sном. Она
показывает, насколько
текущая нагрузка
приближается
к номинальным
возможностям
оборудования.
Предупредительный
режим
При Кз выше 0,8 система
не фиксирует аварию,
но сигнализирует
о приближении к опасной
зоне. Это позволяет заранее
перераспределить нагрузку
и избежать перегрева.
Аварийный режим
Если Кз превышает 1,0,
считается, что
трансформатор перегружен.
В этом случае формируется
аварийное сообщение
и событие обязательно
заносится в журнал.
5

6.

Формулы расчёта в системе мониторинга
В таблице сведены основные
зависимости, используемые для оценки
нагрузки, перегрева и режима работы
трансформатора.
Формулы позволяют связать
электрическую нагрузку с тепловым
состоянием и вовремя выявлять риск
перегрева до возникновения отказа.
6

7.

Алгоритм функционирования и обработка
событий
1. Получение данных
2. Контроль корректности
3. Расчёт и сравнение
4. Реакция системы
Система принимает текущие значения
от измерительных датчиков
и устройств телеметрии, формируя
исходный набор параметров
для дальнейшей проверки и анализа.
Поступающие значения проверяются
на полноту и допустимость.
Ошибочные или некорректные данные
не используются в расчётах
и не искажают итоговый результат.
Выполняются вычисление полной
мощности, коэффициента загрузки
и сравнение с уставками.
При отклонениях система определяет
предупредительный или аварийный
режим.
Результаты сохраняются в базу,
передаются в интерфейс
и сопровождаются уведомлениями.
При превышении порогов
формируются предупреждение,
аварийное сообщение и запись
в журнал.
7

8.

Программная реализация на Python 3.10
Модульная структура
Приложение построено по объектно-ориентированному
принципу и разделено на модули сбора, обработки,
хранения, анализа и визуализации данных. Это упрощает
сопровождение и развитие системы.
Инструменты анализа
Для вычислений и обработки массивов данных
применяются NumPy и Pandas. Эти библиотеки
позволяют быстро выполнять расчёты, фильтрацию
значений и подготовку информации к отображению.
Пользовательский интерфейс
Интерфейс реализован на Streamlit, что обеспечивает
удобный доступ к текущим параметрам, журналу событий
и архивным данным без сложной настройки клиентской
части.
Графики и отчёты
Для визуального представления динамики нагрузки
используются средства Matplotlib. Такой подход помогает
оперативно оценивать изменение режимов работы
и выявлять отклонения по временным рядам.
8

9.

Пороговые уровни состояния трансформатора
Рост нагрузки сопровождается
увеличением температуры обмоток
и ускорением старения изоляции, поэтому
пороги выбраны с учётом раннего
предупреждения и недопущения аварии.
Переход через 0,8 требует внимания,
а значение выше 1,0 уже означает
перегрузку и необходимость немедленной
реакции.
9

10.

Хранение данных и организация архива
Структурированная запись
Базы данных
Архив измерений
Прогноз и анализ
Каждое измерение сохраняется
вместе с временной меткой,
идентификатором оборудования
и набором контролируемых
параметров. Это обеспечивает
точное восстановление истории
работы трансформатора.
Для долговременного хранения
используются PostgreSQL
или MySQL, а для локальных
сценариев — SQLite. Такой выбор
позволяет гибко адаптировать
систему под разные условия
эксплуатации.
Накопленные данные образуют
архив, на основе которого строятся
графики нагрузки, анализируются
аварийные ситуации и изучается
поведение оборудования в разные
периоды работы.
Архивные записи становятся
основой для оценки трендов,
выявления повторяющихся
перегрузок и подготовки
к прогнозированию состояния
трансформатора на более поздних
этапах развития системы.
10

11.

Диспетчеризация и визуализация данных
Текущие параметры
Интерфейс отображает актуальную загрузку трансформатора, активную
и реактивную мощность, а также температуры масла и обмоток. Это
позволяет оперативному персоналу быстро оценивать режим работы
оборудования без обращения к дополнительным таблицам.
Цветовая индикация
Для оценки состояния применяются наглядные индикаторы: зелёный цвет
соответствует норме, жёлтый сигнализирует о приближении к пороговым
значениям, красный указывает на аварийный режим и необходимость
немедленного реагирования.
Журнал и архив
Система сохраняет аварийные сообщения и историю событий, формируя
удобный архив для последующего анализа. Это упрощает разбор
нештатных ситуаций, сопоставление режимов работы и поиск
повторяющихся отклонений.
Экспорт данных
Предусмотрена выгрузка результатов наблюдения в формат CSV, что
удобно для дальнейшей обработки и подготовки отчётности. Архив можно
использовать в сторонних инструментах анализа и для сравнения
показателей за разные периоды.
11

12.

Эффективность разработанной системы
Снижение рисков
Меньше ручной работы
Непрерывный контроль параметров позволяет
раньше обнаруживать перегрузки и перегрев,
не дожидаясь перехода в аварийный режим. Это
повышает устойчивость электроснабжения
и уменьшает вероятность внеплановых отключений.
Автоматизация наблюдения снижает зависимость
от человеческого фактора, который особенно заметен
при контроле большого числа объектов. Диспетчер
получает уже обработанные данные и может быстрее
принимать обоснованные решения.
Быстрее диагностика
Планирование обслуживания
При появлении отклонений система сразу фиксирует
событие и сохраняет его в журнале. Это сокращает
время поиска причины неисправности и помогает
точнее определить участок, требующий проверки
или ремонта.
Архивная статистика создаёт основу для анализа
повторяющихся режимов и подготовки
профилактических мероприятий. На её основе можно
переходить к обслуживанию по фактическому
состоянию, а не только по графику.
12

13.

Перспективы развития: SCADA и искусственный
интеллект
Интеграция со SCADA
Расширение
Система может быть включена мониторинга
в существующую SCADAинфраструктуру через
стандартные протоколы
передачи данных. Это
обеспечит централизованный
контроль, единое
представление информации
и более тесную связь
с диспетчерскими процессами.
Прогнозирование
отказов
Оценка ресурса
На основе исторических
измерений можно
Методы машинного обучения
В дальнейшем возможно
анализировать остаточный
позволяют выявлять скрытые
добавление новых параметров:
закономерности в накопленных ресурс оборудования
состояния изоляции, уровня
и обнаруживать аномалии
данных и заранее оценивать
масла, вибрации и других
по отклонению от типичных
вероятность неисправностей.
диагностических признаков.
режимов. Это повышает
Это открывает путь
Такой подход сделает оценку
точность диагностики
к предиктивному
состояния трансформатора
и качество управленческих
обслуживанию и снижению
более полной и точной.
решений.
аварийности.
13

14.

Ключевые эффекты внедрения
Снижение затрат
Меньше простоев
Переход к обслуживанию по фактическому состоянию
помогает сократить расходы на ремонт, диагностику
и внеплановые работы. Раннее выявление отклонений
обходится значительно дешевле устранения
последствий аварии.
Оперативное обнаружение перегрузок и перегрева
уменьшает риск длительного отключения
трансформатора. Для сетевого оборудования,
стоимость которого достигает десятков миллионов
рублей, это особенно важно.
Эффективнее эксплуатация
Рост надёжности
Накопленные данные позволяют лучше планировать
профилактику, перераспределять нагрузку и повышать
общий уровень управляемости сети. В результате
ресурсы предприятия используются более
рационально.
Система повышает устойчивость работы оборудования
и снижает вероятность тяжёлых последствий скрытых
дефектов. Это напрямую поддерживает надёжность
электроснабжения потребителей и безопасность
эксплуатации.
14

15.

Итоги разработки: что именно получилось
и почему это важно
Мониторинг в реальном
времени на Python
В ходе работы создана программная
система мониторинга загрузки силовых
трансформаторов в реальном времени
на Python. Решение ориентировано
на оперативное наблюдение за состоянием
оборудования и позволяет своевременно
видеть изменения показателей. Это
формирует основу для дальнейшего анализа
и принятия решений.
Расчёт, контроль
и визуализация — единый
контур
В системе реализованы расчёт, контроль
и визуализация параметров загрузки
трансформаторов. Пользователь получает
наглядное представление результатов
и механизмы проверки корректности
значений. Такой подход поддерживает
прозрачность работы алгоритмов
Журналирование
и подтверждение выполнения
целей
Отдельный акцент сделан
на журналировании: данные фиксируются
для последующей проверки и анализа.
В результате комплекс охватывает ключевые
функции — от вычислений до регистрации
событий. Поставленные цели и задачи
полностью выполнены, а практическая
ценность решения подтверждена
результатами разработки.
15