تحقیق و عمل در سیستم نظارت هوشمند برای قطعه جریان ژنراتور

مفتاح ژنراتور جزء مهمی در سیستم‌های برق است و قابلیت اطمینان آن به طور مستقیم بر عملکرد پایدار کل سیستم برق تأثیر می‌گذارد. از طریق تحقیقات و کاربرد عملی سیستم‌های نظارت هوشمند، وضعیت عملیاتی زنده مفتاح‌ها را می‌توان نظارت کرد، این امر باعث تشخیص زودهنگام خرابی‌ها و ریسک‌های بالقوه می‌شود و در نتیجه قابلیت اطمینان کل سیستم برق را افزایش می‌دهد.

نظارت معمولی روی مفتاح‌ها عمدتاً بر اساس بازرسی‌های دوره‌ای و قضاوت بر اساس تجربه است که نه تنها وقت‌گیر و هزینه‌بر است بلکه ممکن است مشکلات پنهان را به دلیل پوشش ناقص بازرسی از دست دهد. سیستم‌های نظارت هوشمند قابلیت‌های نظارت زنده، تحلیل داده‌ها و هشدار زودهنگام خرابی را فراهم می‌کنند، این امر باعث کاهش تعمیرات و ترمیم‌های غیر ضروری می‌شود و در نتیجه هزینه‌های عملیاتی و تعمیر و نگهداری (O&M) را کاهش می‌دهد.

این سیستم‌ها همچنین امکان ارزیابی دقیق‌تر سلامت تجهیزات را فراهم می‌کنند، این امر باعث برنامه‌ریزی منطقی تر فعالیت‌های تعمیر و نگهداری برای جلوگیری از استفاده بیش از حد و تعمیرات بیش از حد می‌شود و عمر مفید تجهیزات را به طور موثر افزایش می‌دهد. توسعه و کاربرد سیستم‌های نظارت هوشمند تکنولوژی‌های نظارت بر تجهیزات برق را پیشرفت داده است، از جمله تصویربرداری حرارتی با اشعه‌ی تحت‌قرمز و تحلیل داده‌های بزرگ. این پیشرفت‌های تکنولوژیکی نه تنها کارایی نظارت بر مفتاح‌های ژنراتور را افزایش می‌دهند بلکه پایه‌ی فنی برای مدیریت هوشمند سایر تجهیزات سیستم برق فراهم می‌کنند.

1. روش‌ها و شیوه‌ها
1.1 معماری سیستم نظارت هوشمند
سیستم نظارت هوشمند عمدتاً شامل حسگرهای مختلف، دستگاه نظارت آنلاین هوشمند (IED)، و سیستم نظارت پشتیبان است. حسگرهای جابجایی مکانیکی، حسگرهای مشخصه‌های مکانیکی با جریان کم، حسگرهای ویدئویی حرارتی و حسگرهای گاز SF6 مستقیماً روی تجهیزات اصلی نصب می‌شوند. این حسگرها پارامترهای عملیاتی زنده مفتاح ژنراتور را جمع‌آوری می‌کنند و از طریق کابل‌ها سیگنال‌ها را به دستگاه نظارت آنلاین هوشمند منتقل می‌کنند. کابین نظارت محلی شامل IED و سوئیچ شبکه است که سیگنال‌های حسگرها را دریافت، پردازش و سپس از طریق کابل لیزری داده‌ها را به سیستم نظارت پشتیبان برای ذخیره‌سازی و ارزیابی منتقل می‌کنند.

1.2 سیستم نظارت بر مشخصه‌های مکانیکی مفتاح
سیستم نظارت بر مشخصه‌های مکانیکی مفتاح شامل حسگرهای جابجایی، حسگرهای جریان کم، دستگاه نظارت آنلاین هوشمند و سیستم پشتیبان است. با نظارت بر جابجایی عملیاتی مفتاح، مقادیر جریان در مدارهای کنترل باز/بسته شدن و جریان در مدار موتور انرژی‌ساز، پارامترهای مکانیکی کلیدی مفتاح به دست می‌آیند. منحنی‌های مشخصه‌های مکانیکی رسم می‌شوند و با منحنی‌های سفر استاندارد و تاریخی مقایسه می‌شوند تا وضعیت عملیاتی مفتاح را ارزیابی کنند.

سیستم نظارت امکانات زیر را فراهم می‌کند:

• رسم نمودارهای جریان کویل باز/بسته شدن، جریان موتور انرژی‌ساز و منحنی‌های سفر مکانیسم؛

• دریافت داده‌هایی مانند زمان باز/بسته شدن، سرعت، فاصله سفر، جریان قله کویل، پارامترهای کویل مشخصه، جریان قله موتور انرژی‌ساز و مدت زمان انرژی‌سازی؛

• مقایسه منحنی‌های سفر اندازه‌گیری شده با منحنی‌های استاندارد برای تحلیل؛

• پرس و جوی داده‌های تاریخی و تولید گزارش‌ها؛

• نظارت بر خطاها و قطعات ارتباطی سیستم با فعال‌سازی هشدار خودکار.

این پروژه سه حسگر جابجایی را نصب می‌کند - یکی در پایین محور باز/بسته شدن هر فاز در مفتاح خروجی ژنراتور. حسگرها جابجایی زاویه‌ای (که توسط میله‌ی پیوندی موجب حرکت بازوی کرک می‌شود) را به سیگنال‌های TTL دیجیتال تبدیل می‌کنند و آن‌ها را به دستگاه نظارت آنلاین هوشمند منتقل می‌کنند. با وجود حسگرهای جابجایی مستقل برای هر فاز، سیستم قادر به شناسایی دقیق فاز خراب است و مشکلاتی مانند پیچ‌های قفل‌کننده‌ی میله‌ی پیوندی که آزاد شده‌اند یا بازوی کرک که آزاد یا جدا شده است و موجب عدم باز یا بسته شدن کامل می‌شود را تشخیص می‌دهد.

حسگرهای جریان کم در کابین کنترل محلی مفتاح نصب می‌شوند و شامل چهار کانال اندازه‌گیری است. بر اساس اصل اثر هال، آن‌ها سیگنال‌های جریان اندازه‌گیری شده را به سیگنال‌های آنالوگ جریان کم تبدیل می‌کنند و آن‌ها را به دستگاه نظارت آنلاین هوشمند منتقل می‌کنند.

1.3 سیستم نظارت بر وضعیت گاز SF6
سیستم نظارت بر وضعیت گاز SF6 شامل حسگر گاز SF6، دستگاه نظارت آنلاین هوشمند و سیستم نظارت پشتیبان است. در این پروژه، دستگاه نظارت هوشمند با سیستم نظارت بر مشخصه‌های مکانیکی مشترک است. این سیستم به اپراتورها داده‌های زنده‌ی چگالی، فشار و دما داخل کمد گاز SF6 را ارائه می‌دهد و امکان پیگیری و ارزیابی تحلیلی روندهای تاریخی را فراهم می‌کند.

حسگر گاز SF6 طراحی یکپارچه‌ای دارد که چگالی، فشار و دما را همزمان اندازه می‌گیرد. آن در مکان پرکننده‌ی گاز مفتاح نصب شده و از طریق رابط ارتباطی RS485 به دستگاه نظارت هوشمند متصل می‌شود.

سیستم نظارت امکانات زیر را فراهم می‌کند:

• نظارت مداوم بر وضعیت گاز SF6 در کمد مفتاح ژنراتور با استفاده از پروتکل ارتباطی IEC61850؛

• تولید منحنی‌های روند بر اساس الگوریتم‌های داده‌های شبیه‌سازی شده برای تحلیل پیشبینی؛

• فعال‌سازی هشدار و ارائه توصیه‌های عملی.

روش‌های نگهداری سنتی به طور گسترده‌ای به بررسی‌های زمان‌بندی شده و قضاوت تجربی متکی هستند—که زمان‌بر، کارآمد و ممکن است علائم اولیه خرابی را از دست بدهد. در مقایسه، سیستم نظارت بر گاز SF6 داده‌های پیوسته و در زمان واقعی را ارائه می‌دهد، که باعث نگهداری پیش‌بینی و مداخله به موقع برای جلوگیری از خرابی‌های بزرگ می‌شود. با پیشرفت فناوری‌های IoT و داده‌های بزرگ، چنین سیستم‌های نظارت بر وضعیت می‌توانند به شبکه‌های گسترده‌تر نظارت بر سلامت تجهیزات یکپارچه شوند، دقت داده‌ها، عمق تحلیلی و تشویق به نوآوری در راه‌حل‌های جدید را بهبود می‌بخشند.

۱.۴ سیستم نظارت تصویری حرارتی فروسرخ
سیستم نظارت تصویری حرارتی فروسرخ شامل حسگر تصویری حرارتی فروسرخ، سوئیچ شبکه و سیستم پشتیبان است. این سیستم با ترکیب تصویر حرارتی فروسرخ و ویدئو نور مرئی، دما را در مدار قطع‌کننده ژنراتور می‌سنجد. این رویکرد دومحوری دقت اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا شکاف‌های تماس جداکننده در قطع‌کننده خروجی ژنراتور مورد نظارت قرار گیرد.

در این پروژه، حسگر تصویری حرارتی فروسرخ بیرونی بر روی قاب قطع‌کننده نصب شده است، با دیدی که شکاف‌های تماس جداکننده و بخش‌هایی از هادی را پوشش می‌دهد. سیگنال‌های تصویری از طریق کابل دم حسگر به دستگاه نظارت آنلاین هوشمند منتقل می‌شوند.

سیستم عملکردهای زیر را ارائه می‌دهد:

• نمایش دماهای واقعی هادی با استفاده از گرادیان‌های رنگی و برجسته کردن مناطق با دمای حداکثر/حداقل همراه با مقادیر عددی؛

• رسم و ذخیره منحنی‌های زمان-دما؛

• اجرا تحلیل روند بر اساس داده‌های تاریخی برای ارزیابی وضعیت عملیاتی و صدور هشدارهای ناهماهنگی.

تصویربرداری حرارتی فروسرخ یک ابزار نظارت بدون تماس است که به فنی‌ها اجازه می‌دهد وضعیت حرارتی تجهیزات را بدون قطع عملیات به صورت دوردست نظارت کنند، که باعث کاهش ریسک عملیاتی می‌شود. این روش می‌تواند به طور فوری گرم شدن بیش از حد، تخریب عایق یا عدم تعادل بار—که علائم اولیه شایع خرابی هستند—را شناسایی کند و اقدامات پیشگیرانه را برای جلوگیری از قطع برق در مقیاس بزرگ و تعمیرات گران‌قیمت فراهم می‌کند. ترکیب تصویر حرارتی فروسرخ و ویدئو نور مرئی امکان ارزیابی جامع تجهیزات، تحلیل دقیق و تصمیمات نگهداری دقیق را فراهم می‌کند. علاوه بر این، سیستم داده‌های تاریخی را برای تحلیل روند بلندمدت و ارزیابی عملکرد ثبت می‌کند، که نگهداری پیش‌بینی و پیش‌بینی نیازهای نگهداری آینده را پشتیبانی می‌کند.

۲.نتیجه‌گیری

سیستم نظارت هوشمند توسعه یافته نه تنها یک مدل هشدار خرابی دقیق ایجاد کرده است بلکه استراتژی‌های نگهداری تجهیزات را بهینه کرده است. این دستاوردها به طور موثری نرخ خرابی و هزینه‌های نگهداری قطع‌کننده‌های ژنراتور را کاهش می‌دهد و عمر مفید آن‌ها را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نوآوری این پروژه در تحقق تجزیه و تحلیل داده‌های چندبعدی و نظارت به طور بالا میزان خودکار قطع‌کننده‌های ژنراتور است. این پروژه تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ را به نظارت بر قطع‌کننده‌های ژنراتور می‌آورد و از ذخیره‌سازی و تحلیل داده‌های مبتنی بر ابر برای افزایش دسترسی و کارایی تحلیلی استفاده می‌کند. این نوآوری‌ها نه تنها کارایی عملیاتی و ایمنی سیستم‌های برق را به طور کلی بهبود می‌بخشند بلکه ایده‌ها و جهت‌های جدیدی برای پیشرفت و توسعه فنی در صنعت برق فراهم می‌کنند.