Investigación y Práctica del Sistema de Monitoreo Inteligente para el Interruptor de Circuito del Generador
El interruptor del generador es un componente crítico en los sistemas de energía, y su fiabilidad afecta directamente la operación estable de todo el sistema de energía. A través de la investigación y la aplicación práctica de sistemas de monitoreo inteligente, se puede supervisar el estado operativo en tiempo real de los interruptores, permitiendo la detección temprana de posibles fallas y riesgos, lo que aumenta la fiabilidad general del sistema de energía.
El mantenimiento tradicional de interruptores depende principalmente de inspecciones periódicas y juicios basados en la experiencia, lo cual no solo es laborioso y consume mucho tiempo, sino que también puede pasar por alto problemas latentes debido a una cobertura insuficiente de las inspecciones. Los sistemas de monitoreo inteligente proporcionan monitoreo en tiempo real, análisis de datos y capacidades de alerta temprana de fallas, reduciendo el mantenimiento y las reparaciones innecesarias, lo que disminuye los costos de operación y mantenimiento (O&M).
También permiten una evaluación más precisa de la salud del equipo, permitiendo programar razonablemente las actividades de mantenimiento para evitar tanto el uso excesivo como el mantenimiento excesivo, extendiendo efectivamente la vida útil del equipo. El desarrollo y la aplicación de sistemas de monitoreo inteligente han avanzado en tecnologías de monitoreo para equipos de energía, incluyendo la termografía infrarroja y el análisis de big data. Estos avances tecnológicos no solo mejoran la eficiencia de monitoreo de los interruptores de generadores, sino que también establecen una base técnica para la gestión inteligente de otros equipos del sistema de energía.
1.Métodos y Prácticas
1.1 Arquitectura del Sistema de Monitoreo Inteligente
El sistema de monitoreo inteligente se compone principalmente de sensores, un dispositivo de monitoreo en línea inteligente (IED-Business) y un sistema de monitoreo back-end. Se instalan sensores de desplazamiento mecánico, sensores de características mecánicas de baja corriente, sensores de video termográfico e sensores de gas SF6 directamente en el equipo principal. Estos sensores recopilan parámetros de funcionamiento en tiempo real del interruptor del generador y transmiten señales a través de cables al dispositivo de monitoreo en línea inteligente. Un gabinete de monitoreo en sitio alberga el IED-Business y un conmutador de red, que adquieren señales de sensores, las procesan y luego transmiten los datos a través de cable de fibra óptica al sistema de monitoreo back-end para almacenamiento y evaluación.
1.2 Sistema de Monitoreo de Características Mecánicas del Interruptor
El sistema de monitoreo de características mecánicas consta de sensores de desplazamiento, sensores de baja corriente, un dispositivo de monitoreo en línea inteligente y un sistema back-end. Al monitorear el desplazamiento de operación del interruptor, los valores de corriente en los circuitos de control de apertura/cierre y la corriente en el circuito del motor de almacenamiento de energía, se obtienen parámetros mecánicos clave del interruptor. Se trazan y comparan curvas de características mecánicas con curvas de viaje estándar e históricas para evaluar la condición operativa del interruptor.
El sistema de monitoreo permite las siguientes funciones:
Graficar las formas de onda de la corriente de los bobinados de apertura/cierre, la corriente del motor de almacenamiento de energía y las curvas de viaje del mecanismo;
Obtener datos como el tiempo de apertura/cierre, velocidad, distancia de viaje, corriente pico de los bobinados, parámetros característicos de los bobinados, corriente pico del motor de almacenamiento de energía y duración del almacenamiento de energía;
Comparar las curvas de viaje medidas con las curvas estándar para análisis;
Consultar datos históricos y generar informes;
Monitorear fallas del sistema e interrupciones de comunicación, con activación automática de alarmas.
Este proyecto instala tres sensores de desplazamiento, uno en la parte inferior del eje de accionamiento de apertura/cierre de cada fase del interruptor de salida del generador. Los sensores convierten el desplazamiento angular (causado por la varilla de conexión que acciona el brazo oscilante) en señales digitales TTL y las transmiten al dispositivo de monitoreo en línea inteligente. Con sensores de desplazamiento independientes por fase, el sistema puede identificar con precisión la fase defectuosa y detectar problemas como tuercas de bloqueo sueltas en la varilla de conexión o brazos oscilantes sueltos/desprendidos que causan operaciones de apertura o cierre incompletas.
Los sensores de baja corriente se instalan en el gabinete de control local del interruptor y cuentan con cuatro canales de medición. Basándose en el principio del efecto Hall, convierten las señales de corriente medidas en señales analógicas de baja corriente y las transmiten al dispositivo de monitoreo en línea inteligente.
1.3 Sistema de Monitoreo de Condiciones de Gas SF6
El sistema de monitoreo de condiciones de gas SF6 consta de un sensor de gas SF6, un dispositivo de monitoreo en línea inteligente y un sistema de monitoreo back-end. En este proyecto, el dispositivo de monitoreo inteligente se comparte con el sistema de monitoreo de características mecánicas. Este sistema proporciona a los operadores datos en tiempo real sobre la densidad, presión y temperatura del gas SF6 dentro del compartimento de gas, permitiendo un seguimiento a largo plazo y una evaluación analítica de las tendencias históricas.
El sensor de gas SF6 tiene un diseño integrado que mide simultáneamente la densidad, la presión y la temperatura. Se monta en el puerto de llenado de gas del interruptor y se conecta al dispositivo de monitoreo inteligente a través de una interfaz de comunicación RS485.
El sistema de monitoreo proporciona las siguientes capacidades:
Monitoreo continuo de las condiciones de gas SF6 en el compartimento del interruptor del generador utilizando el protocolo de comunicación IEC61850;
Generación de curvas de tendencia basadas en algoritmos de datos simulados para análisis predictivo;
Activación de alarmas y recomendación de acciones.
Los métodos de mantenimiento tradicionales dependen en gran medida de inspecciones programadas y juicios empíricos, lo que resulta ser muy laborioso, consume mucho tiempo y es propenso a pasar por alto los indicadores tempranos de fallas. En contraste, el sistema de monitoreo de gas SF6 proporciona datos continuos y en tiempo real, permitiendo un mantenimiento predictivo e intervenciones oportunas para prevenir fallos mayores. Con el avance de las tecnologías IoT y big data, tales sistemas de monitoreo de condiciones pueden integrarse en redes más amplias de monitoreo de la salud del equipo, mejorando la precisión de los datos, la profundidad del análisis y fomentando la innovación en nuevas soluciones.
1.4 Sistema de Monitoreo de Video con Imagen Térmica Infrarroja
El sistema de monitoreo de video con imagen térmica infrarroja consta de un sensor de video con imagen térmica infrarroja, un switch de red y un sistema back-end. Monitorea la temperatura de los conductores internos en el interruptor de circuito del generador combinando la imagen térmica infrarroja con el video de luz visible. Este enfoque dual mejora la precisión de la medición y permite el monitoreo de las brechas de contacto del interruptor de salida del generador.
En este proyecto, el sensor de video con imagen térmica infrarroja se monta externamente en la carcasa del interruptor, con su campo de visión cubriendo las brechas de contacto y partes de los conductores. Las señales de imagen se transmiten a través del cable de cola del sensor al dispositivo de monitoreo en línea inteligente.
El sistema proporciona las siguientes funciones:
Muestra las temperaturas de los conductores en tiempo real utilizando gradaciones de color y resalta las regiones con temperaturas máximas/mínimas junto con sus valores numéricos;
Grafica y almacena curvas de temperatura-tiempo;
Realiza un análisis de tendencias basado en datos históricos para evaluar el estado operativo y emitir advertencias de anomalías.
La imagen térmica infrarroja es una herramienta de monitoreo sin contacto que permite a los técnicos supervisar las condiciones térmicas del equipo de forma remota sin interrumpir las operaciones, reduciendo así el riesgo operativo. Puede identificar instantáneamente sobrecalentamiento, degradación de aislamiento o desequilibrio de carga, signos comunes iniciales de fallas, permitiendo acciones preventivas para evitar cortes de energía a gran escala y reparaciones costosas. La combinación de infrarrojo y video de luz visible permite una evaluación exhaustiva del equipo, un análisis detallado y decisiones de mantenimiento precisas. Además, el sistema registra datos históricos para análisis de tendencias a largo plazo y evaluación del rendimiento, apoyando el mantenimiento predictivo y la predicción de futuras necesidades de mantenimiento.
2.Conclusión
El sistema de monitoreo inteligente desarrollado no solo ha establecido un modelo de alerta temprana de fallas preciso, sino que también ha optimizado las estrategias de mantenimiento del equipo. Estos logros reducen eficazmente la tasa de fallas y los costos de mantenimiento de los interruptores de circuito del generador, extendiendo significativamente su vida útil. La innovación de este proyecto radica en la realización de un análisis de datos multidimensional y un monitoreo altamente automatizado de los interruptores de circuito del generador. Introduce el análisis de big data en el monitoreo de los interruptores de circuito del generador y aprovecha el almacenamiento y análisis de datos en la nube para mejorar la accesibilidad y la eficiencia analítica de los datos. Estas innovaciones no solo mejoran la eficiencia operativa y la seguridad general de los sistemas de energía, sino que también proporcionan nuevas ideas y direcciones para el avance y desarrollo tecnológico en la industria eléctrica.
