Forschung und Praxis des intelligenten Überwachungssystems für Generator-Schaltwerke

Der Generator-Schaltkreissicherer ist ein kritischer Bestandteil von Stromsystemen, und seine Zuverlässigkeit beeinflusst direkt den stabilen Betrieb des gesamten Stromsystems. Durch die Forschung und praktische Anwendung intelligenter Überwachungssysteme kann der aktuelle Betriebszustand der Schaltkreissicherer überwacht werden, was eine frühe Erkennung potenzieller Fehler und Risiken ermöglicht und somit die Gesamtzuverlässigkeit des Stromsystems erhöht.

Traditionelle Wartungsarbeiten an Schaltkreissicherern basieren hauptsächlich auf regelmäßigen Inspektionen und erfahrungsbasierter Beurteilung, was nicht nur zeitaufwendig und arbeitsintensiv ist, sondern auch latente Probleme aufgrund unzureichender Inspektionsabdeckung übersehen könnte. Intelligente Überwachungssysteme bieten Echtzeitüberwachung, Datenanalyse und Frühwarnfunktionen für Störungen, reduzieren unnötige Wartungs- und Reparaturmaßnahmen und senken so die Betriebs- und Wartungskosten (O&M).

Sie ermöglichen auch eine genauere Bewertung des Gerätezustands, was eine rationelle Planung von Wartungsaktivitäten zur Vermeidung sowohl einer Überbeanspruchung als auch einer übermäßigen Wartung ermöglicht, was die Lebensdauer der Ausrüstung effektiv verlängert. Die Entwicklung und Anwendung intelligenter Überwachungssysteme haben die Überwachungstechnologien für Stromversorgungsgeräte, einschließlich Infrarotthermografie und Big Data-Analytik, weiterentwickelt. Diese technologischen Fortschritte verbessern nicht nur die Überwachungseffizienz von Generator-Schaltkreissicherern, sondern legen auch einen technischen Grundstein für die intelligente Verwaltung anderer Geräte im Stromsystem.

1. Methoden und Praktiken
1.1 Architektur des intelligenten Überwachungssystems
Das intelligente Überwachungssystem besteht hauptsächlich aus Sensoren, einem intelligenten Online-Überwachungsgerät (IED) und einem Backend-Überwachungssystem. Mechanische Verschiebungssensoren, Sensoren für mechanische Charakteristika bei niedrigem Strom, thermografische Videosensores und SF6-Gassensoren werden direkt am Hauptgerät installiert. Diese Sensoren sammeln Echtzeit-Betriebsparameter des Generator-Schaltkreissicherers und senden Signale über Kabel an das intelligente Online-Überwachungsgerät. Ein vor Ort stehender Schrank beherbergt das IED und einen Netzwerkswitch, die die Sensorsignale erfassen, verarbeiten und dann die Daten über Glasfaserkabel zum Backend-Überwachungssystem für Speicherung und Bewertung übertragen.

1.2 Mechanisches Charakteristiküberwachungssystem des Schaltkreissicherers
Das mechanische Charakteristiküberwachungssystem besteht aus Verschiebungssensoren, Niedrigstromsensoren, einem intelligenten Online-Überwachungsgerät und einem Backend-System. Durch die Überwachung der Betriebsverschiebung des Schaltkreissicherers, der Stromwerte in den Öffnungs-/Schließkontrollkreisen und dem Strom im Energiespeicher-Motor-Kreis werden wichtige mechanische Parameter des Schaltkreissicherers ermittelt. Mechanische Charakteristikkurven werden erstellt und mit Standard- und historischen Laufkurven verglichen, um den Betriebszustand des Schaltkreissicherers zu bewerten.

Das Überwachungssystem ermöglicht folgende Funktionen:

• Erstellen von Wellenformen für den Öffnungs-/Schließspulen-Strom, den Energiespeicher-Motor-Strom und die Mechanismuslaufkurven;

• Ermittlung von Daten wie Öffnungs-/Schließzeit, Geschwindigkeit, Laufweg, Spitzenstrom der Spule, charakteristische Spulenparameter, Spitzenstrom des Energiespeicher-Motors und Energiespeicher-Dauer;

• Vergleich gemessener Laufkurven mit Standardkurven zur Analyse;

• Abfrage von Historischen Daten und Erstellung von Berichten;

• Überwachung von Systemfehlern und Kommunikationsunterbrechungen mit automatischer Alarmauslösung.

In diesem Projekt werden drei Verschiebungssensoren installiert – einer am unteren Ende der Öffnungs-/Schließantriebswelle jeder Phase des Ausgangsschaltkreissicherers des Generators. Die Sensoren konvertieren die Winkelverschiebung (verursacht durch den Lenker, der den Kurbelarm treibt) in digitale TTL-Signale und senden sie an das intelligente Online-Überwachungsgerät. Mit unabhängigen Verschiebungssensoren pro Phase kann das System die fehlerhafte Phase präzise identifizieren und Probleme wie lockere Mutter am Lenker oder lose/detachierte Kurbelarme, die zu unvollständigen Öffnungs- oder Schließvorgängen führen, erkennen.

Niedrigstromsensoren sind im lokalen Steuerkasten des Schaltkreissicherers installiert und umfassen vier Messkanäle. Basierend auf dem Hall-Effekt-Prinzip konvertieren sie gemessene Stromsignale in niedrigstromanaloge Signale und senden diese an das intelligente Online-Überwachungsgerät.

1.3 SF6-Gas-Zustandsüberwachungssystem
Das SF6-Gas-Zustandsüberwachungssystem besteht aus einem SF6-Gassensor, einem intelligenten Online-Überwachungsgerät und einem Backend-Überwachungssystem. In diesem Projekt wird das intelligente Überwachungsgerät mit dem mechanischen Charakteristiküberwachungssystem geteilt. Dieses System bietet den Betreibern Echtzeitdaten zur Dichte, Druck und Temperatur des SF6-Gases im Gasraum, was eine langfristige Verfolgung und analytische Bewertung historischer Trends ermöglicht.

Der SF6-Gassensor weist ein integriertes Design auf, das Dichte, Druck und Temperatur gleichzeitig misst. Er ist am Füllanschluss des Schaltkreissicherers montiert und über eine RS485-Kommunikationsschnittstelle mit dem intelligenten Überwachungsgerät verbunden.

Das Überwachungssystem bietet folgende Fähigkeiten:

• Kontinuierliche Überwachung der SF6-Gasbedingungen im Generator-Schaltkreissicherer-Raum unter Verwendung des IEC61850-Kommunikationsprotokolls;

• Generieren von Trendkurven basierend auf simulierten Datenalgorithmen zur prognostischen Analyse;

• Auslösen von Alarmsignalen und Bereitstellung empfohlener Maßnahmen.

Herkömmliche Wartungsmethoden stützen sich stark auf planmäßige Inspektionen und empirische Beurteilungen – zeitaufwändig, arbeitsintensiv und anfällig dafür, frühe Fehlerindikatoren zu übersehen. Im Gegensatz dazu liefert das SF6-Gasüberwachungssystem kontinuierliche, Echtzeitdaten, die eine vorausschauende Wartung und rechtzeitige Eingriffe ermöglichen, um schwerwiegende Ausfälle zu verhindern. Mit dem Fortschritt der IoT- und Big-Data-Technologien können solche Zustandsüberwachungssysteme in umfassendere Netzwerke zur Überwachung des Gerätezustands integriert werden, wodurch die Datenaccuracy, die analytische Tiefe verbessert und Innovationen bei neuen Lösungen gefördert werden.

1.4 Infrarot-Thermografie-Videoüberwachungssystem
Das Infrarot-Thermografie-Videoüberwachungssystem besteht aus einem Infrarot-Thermografie-Video-Sensor, einem Netzwerk-Switch und einem Back-End-System. Es überwacht die Temperatur der inneren Leiter im Generator-Leistungsschalter, indem es Infrarot-Thermografie mit sichtbarem Licht kombiniert. Dieser Dual-Modus-Ansatz erhöht die Messgenauigkeit und ermöglicht die Überwachung der Trennstellenkontakte am Generator-Ausgangsleistungsschalter.

In diesem Projekt wird der Infrarot-Thermografie-Video-Sensor extern am Gehäuse des Leistungsschalters montiert, wobei sein Sichtfeld die Trennstellenkontakte und Teile des Leiters abdeckt. Die Bildsignale werden über das Anschlusskabel des Sensors an die intelligente Online-Überwachungseinrichtung übertragen.

Das System bietet folgende Funktionen:

• Anzeige der Echtzeit-Leitertemperaturen mithilfe von Farbverläufen sowie Hervorhebung der Bereiche mit maximalen/minimalen Temperaturen zusammen mit numerischen Werten;

• Aufzeichnung und Speicherung von Zeit-Temperatur-Kurven;

• Durchführung von Trendanalysen basierend auf historischen Daten zur Bewertung des Betriebszustands und Ausgabe von Anomaliewarnungen.

Die Infrarot-Thermografie ist ein berührungsloses Überwachungswerkzeug, das es Technikern ermöglicht, den thermischen Zustand von Anlagen aus der Ferne zu überwachen, ohne den Betrieb zu unterbrechen, wodurch das Betriebsrisiko reduziert wird. Es kann sofort Überhitzung, Isolationsverschlechterung oder Lastungleichgewicht identifizieren – häufige frühe Anzeichen eines Ausfalls – und präventive Maßnahmen ermöglichen, um großflächige Ausfälle und kostspielige Reparaturen zu vermeiden. Die Kombination aus Infrarot- und sichtbarem Lichtvideo ermöglicht eine umfassende Anlagenauswertung, detaillierte Analysen und präzise Wartungsentscheidungen. Zudem speichert das System historische Daten für Langzeit-Trendanalysen und Leistungsbewertungen und unterstützt so die vorausschauende Wartung sowie die Prognose zukünftiger Wartungsbedarfe.

2. Schlussfolgerung

Das entwickelte intelligente Überwachungssystem hat nicht nur ein genaues Modell zur Früherkennung von Störungen etabliert, sondern auch die Wartungsstrategien für Anlagen optimiert. Diese Errungenschaften senken effektiv die Ausfallrate und die Wartungskosten von Generator-Leistungsschaltern und verlängern deren Nutzungsdauer erheblich. Die Innovation dieses Projekts liegt darin, eine mehrdimensionale Datenanalyse und eine hochgradig automatisierte Überwachung von Generator-Leistungsschaltern zu realisieren. Es führt Big-Data-Analytik in die Überwachung von Generator-Leistungsschaltern ein und nutzt cloudbasierte Datenspeicherung und -analyse, um die Datenzugänglichkeit und Analyseeffizienz zu verbessern. Diese Innovationen verbessern nicht nur die gesamte Betriebseffizienz und Sicherheit von Stromnetzen, sondern liefern auch neue Ansätze und Richtungen für technologische Fortschritte und Entwicklungen in der Stromwirtschaft.