Výzkum a praxe inteligentního monitorovacího systému pro vypínač generátoru

Vypínač generátoru je klíčovou součástí elektrických systémů a jeho spolehlivost přímo ovlivňuje stabilní provoz celého elektrického systému. Díky výzkumu a praktické aplikaci inteligentních monitorovacích systémů lze sledovat reálně časový provozní stav vypínačů, což umožňuje ranní detekci potenciálních poruch a rizik, čímž se zvyšuje celková spolehlivost elektrického systému. 

Tradiční údržba vypínačů se primárně opírá o pravidelné prohlídky a rozhodování založené na zkušenostech, což je nejen časově náročné a pracně intenzivní, ale může také způsobit, že nebudou zjištěny skryté problémy kvůli nedostatečnému pokrytí prohlídek. Inteligentní monitorovací systémy poskytují možnosti reálného času sledování, analýzy dat a varování před poruchami, což snižuje nepotřebnou údržbu a opravy, tedy snižuje náklady na provoz a údržbu (O&M). 

Umožňují také přesnější hodnocení zdravotního stavu zařízení, což umožňuje racionální plánování údržbových aktivit, aby se zabránilo jak přetížení, tak nadměrné údržbě, což efektivně prodlužuje životnost zařízení. Vývoj a aplikace inteligentních monitorovacích systémů přinesly rozvoj technologií pro monitorování elektrotechnického vybavení, včetně infračervené termografie a analytických metod zpracování velkých dat. Tyto technologické inovace nejen zlepšují efektivitu monitorování vypínačů generátorů, ale také položí technickou základnu pro inteligentní správu dalšího vybavení elektrických systémů.

1. Metody a postupy
1.1 Architektura inteligentního monitorovacího systému
Inteligentní monitorovací systém se skládá hlavně z čid, inteligentního online monitorovacího zařízení (IED) a back-end monitorovacího systému. Mechanická čidla posunu, čidlo malých proudů, termografické video čidlo a čidlo plynu SF6 jsou instalována přímo na hlavní vybavení. Tato čidla shromažďují reálně časové provozní parametry vypínače generátoru a signály přenášejí prostřednictvím kabelů do inteligentního online monitorovacího zařízení. Na místě je umístěna stojanová jednotka s IED a síťovým přepínačem, které zachytávají signály od čidel, zpracovávají je a pak data přenášejí optickými kabely do back-end monitorovacího systému pro uchování a hodnocení.

1.2 Systém pro monitorování mechanických charakteristik vypínače
Systém pro monitorování mechanických charakteristik se skládá z čidel posunu, čidel malých proudů, inteligentního online monitorovacího zařízení a back-end systému. Monitorováním provozního posunu vypínače, hodnot proudů v obvodě otevírání/zavírání a proudu v obvodu energii akumulátoru jsou získány klíčové mechanické parametry vypínače. Jsou vykresleny a porovnány s standardními a historickými křivkami posunu pro hodnocení stavu vypínače.

Monitorovací systém umožňuje následující funkce:

• Vygenerovat křivky proudu cívky otevírání/zavírání, proudu akumulačního motoru a křivek pohybu mechanismu;

• Získat data jako čas otevírání/zavírání, rychlost, vzdálenost pohybu, maximální proud cívky, charakteristické parametry cívky, maximální proud akumulačního motoru a dobu akumulace energie;

• Porovnat změřené křivky pohybu s referenčními křivkami pro analýzu;

• Dotazovat historická data a generovat zprávy;

• Sledovat systémové poruchy a přerušení komunikace s automatickým aktivací varování.

Tento projekt instaluje tři čidlo posunu – jedno na spodní část každé fáze pohonu otevírání/zavírání na vypínači výstupu generátoru. Čidlo převádí úhlový posun (způsobený spojkovým tyčí pohánějící páku) na digitální TTL signály a přenáší je do inteligentního online monitorovacího zařízení. S nezávislými čidly posunu pro každou fázi může systém přesně identifikovat vadnou fázi a detekovat problémy jako jsou volné matice na spojkové tyči nebo volné/odpojené páky, které způsobují neúplné otevírání/zavírání.

Čidlo malých proudů je instalováno v místním řídícím panelu vypínače a obsahuje čtyři měřicí kanály. Na principu Hall effektu převádí změřené signály proudu na analogové signály malých proudů a přenáší je do inteligentního online monitorovacího zařízení.

1.3 Systém pro monitorování stavu plynu SF6
Systém pro monitorování stavu plynu SF6 se skládá z čidlo plynu SF6, inteligentního online monitorovacího zařízení a back-end monitorovacího systému. V tomto projektu je inteligentní monitorovací zařízení sdíleno s systémem pro monitorování mechanických charakteristik. Tento systém poskytuje operátorům reálně časová data o hustotě, tlaku a teplotě plynu SF6 v plynné komoře, což umožňuje dlouhodobé sledování a analytické hodnocení historických trendů.

Čidlo plynu SF6 má integrovaný design, který zároveň měří hustotu, tlak a teplotu. Je montováno na výplňný port plynu vypínače a je propojeno s inteligentním monitorovacím zařízením prostřednictvím komunikačního rozhraní RS485.

Monitorovací systém poskytuje následující schopnosti:

• Kontinuální sledování stavu plynu SF6 v komoře vypínače generátoru pomocí komunikačního protokolu IEC61850;

• Generování trendových křivek na základě simulovaných algoritmů dat pro prediktivní analýzu;

• Aktivace varování a poskytnutí doporučených akcí.

Tradicionální metody údržby se významně spoléhají na plánované inspekce a empirické posouzení – což je časově náročné, pracné a má tendenci k přehlédnutí raných indikátorů poruch. Naopak systém sledování plynů SF6 poskytuje nepřetržité, reálně časové data, což umožňuje prediktivní údržbu a včasnou intervenci k prevenci hlavních selhání. S pokrokem v oblasti IoT a technologií big data lze takové systémy podmínkového sledování integrovat do širších sítí monitorování zdravotního stavu zařízení, což zlepšuje přesnost dat, analytickou hloubku a podporuje inovace v nových řešeních.

1.4 Infrachervený termografický systém videomonitoringu
Infrachervený termografický systém videomonitoringu se skládá z čidlo infracherveného termografického videa, síťového přepínače a back-end systému. Sleduje teplotu vnitřních vodičů v okruhu generátorského vypínače kombinací infracherveného termografického snímání s viditelným světlem. Tento dvojmodový přístup zvyšuje přesnost měření a umožňuje sledování mezery kontaktních spojek u vypínače výstupu generátoru.

V rámci tohoto projektu je čidlo infracherveného termografického videa umístěno vně pojezdové skříně vypínače, jeho pole záběru pokrývá mezeru kontaktních spojek a části vodiče. Signály obrazu jsou přeneseny přes ocasní kabel čidlo do inteligentního zařízení online sledování.

Systém nabízí následující funkce:

• Zobrazení skutečných teplot vodičů pomocí barevných gradientů a zvýraznění oblastí s maximální/mimninální teplotou spolu s numerickými hodnotami;

• Vykreslení a uložení časoteplotových křivek;

• Provedení trendové analýzy na základě historických dat k hodnocení operačního stavu a vydání varování při odchylech.

Infrachervené termografické snímání je nespojový nástroj sledování, který umožňuje technikům vzdáleně sledovat tepelné podmínky zařízení bez rušení provozu, čímž se snižuje operační riziko. Může okamžitě identifikovat přetopení, degradaci izolace nebo nerovnoměrnou zátěž – běžné rané znaky selhání – což umožňuje preventivní opatření k zabránění rozsáhlým výpadkům a nákladným opravám. Kombinace infracherveného a viditelného světla umožňuje komplexní hodnocení zařízení, detailní analýzu a přesná rozhodnutí o údržbě. Kromě toho systém zaznamenává historická data pro dlouhodobou trendovou analýzu a hodnocení výkonu, což podporuje prediktivní údržbu a prognózování budoucích potřeb údržby.

2.Závěr

Vyvinutý inteligentní systém sledování nejen že zavedl přesný model raného varování před poruchami, ale také optimalizoval strategie údržby zařízení. Tyto dosažené výsledky efektivně snižují míru selhání a náklady na údržbu vypínačů generátoru a značně prodlužují jejich životnost. Inovace tohoto projektu spočívá v realizaci multi-dimensionální analýzy dat a vysoce automatizovaného sledování vypínačů generátoru. Zavádí analýzu big dat do sledování vypínačů generátoru a využívá cloudové úložiště a analýzu dat k zvýšení dostupnosti dat a efektivity analýzy. Tyto inovace nejen zlepšují celkovou operační efektivitu a bezpečnost elektrárnických systémů, ale také poskytují nové myšlenky a směry technologického pokroku a rozvoje v elektrotechnickém průmyslu.