発電機回路遮断器のための知能監視システムの研究と実践

発電機回路遮断器は電力システムにおいて重要な部品であり、その信頼性は電力システム全体の安定稼働に直接影響します。スマート監視システムの研究と実際の応用を通じて、回路遮断器のリアルタイムの運転状況を監視し、潜在的な故障やリスクを早期に検出することができます。これにより、電力システム全体の信頼性が向上します。

従来の回路遮断器のメンテナンスは主に定期的な点検と経験に基づく判断に依存しており、これは時間と労力を要するだけでなく、検査範囲が不十分なため潜在的な問題を見逃す可能性もあります。スマート監視システムはリアルタイム監視、データ分析、故障早期警告機能を提供し、不要なメンテナンスや修理を削減し、運用・保守（O&M）コストを低減します。

また、設備の健康状態をより正確に評価できるようになり、メンテナンス活動の合理的なスケジューリングを行い、過使用や過度なメンテナンスを避けることができます。これにより、設備の寿命が効果的に延長されます。スマート監視システムの開発と応用により、赤外線熱画像やビッグデータ分析を含む電力設備の監視技術が進歩しました。これらの技術的進歩は、発電機回路遮断器の監視効率を改善するとともに、他の電力システム設備のスマート管理の技術的基盤を築いています。

1. 方法と実践
1.1 スマート監視システムのアーキテクチャ
スマート監視システムは主にセンサー、スマートオンライン監視装置（IED）、バックエンド監視システムで構成されています。機械的な変位センサー、小電流機械特性センサー、熱画像ビデオセンサー、SF6ガスセンサーが主設備に直接設置されています。これらのセンサーは発電機回路遮断器のリアルタイム動作パラメータを収集し、ケーブルを通じてスマートオンライン監視装置に信号を送信します。現場の監視キャビネットにはIEDとネットワークスイッチが設置されており、センサーシグナルを取得して処理し、光ファイバーケーブルを通じてバックエンド監視システムにデータを送信して保存および評価を行います。

1.2 回路遮断器の機械特性監視システム
機械特性監視システムは変位センサー、小電流センサー、スマートオンライン監視装置、バックエンドシステムで構成されています。回路遮断器の動作変位、開閉制御回路の電流値、エネルギー貯蔵モーター回路の電流を監視することで、回路遮断器の主要な機械パラメータを得ることができます。機械特性曲線を作成し、標準的な曲線や過去の曲線と比較することで、ブレーカーの動作状態を評価します。

監視システムは以下の機能を提供します：

• 開閉コイル電流、エネルギー貯蔵モーター電流、機構移動曲線の波形をプロットします；

• 開閉時間、速度、移動距離、コイル電流のピーク値、コイル特性パラメータ、エネルギー貯蔵モーター電流のピーク値、エネルギー貯蔵時間などのデータを取得します；

• 測定された移動曲線と標準曲線を比較して分析します；

• 履歴データを照会し、レポートを生成します；

• システム障害と通信中断を監視し、自動的に警報をトリガーします。

このプロジェクトでは、各相の開閉駆動軸の底部に発電機出口回路遮断器に3つの変位センサーを設置しています。これらのセンサーは連桿によってクランクアームを駆動する際に生じる角変位をデジタルTTL信号に変換し、スマートオンライン監視装置に送信します。各相に独立した変位センサーを持つことで、システムは故障した相を正確に特定し、連桿のロックナットが緩んだり、クランクアームが緩んだり外れたりして完全な開閉操作が行われないなどの問題を検出することができます。

小電流センサーは回路遮断器の現地制御キャビネットに設置され、4つの測定チャネルを持っています。ホール効果原理に基づいて、測定された電流信号を小電流アナログ信号に変換し、スマートオンライン監視装置に送信します。

1.3 SF6ガス状態監視システム
SF6ガス状態監視システムはSF6ガスセンサー、スマートオンライン監視装置、バックエンド監視システムで構成されています。このプロジェクトでは、スマート監視装置が機械特性監視システムと共用されています。このシステムは、ガス室内のSF6ガス密度、圧力、温度のリアルタイムデータをオペレータに提供し、長期的なトレンド追跡と分析評価を可能にします。

SF6ガスセンサーは密度、圧力、温度を同時に測定する統合設計を特徴としており、回路遮断器のガス充填ポートに取り付けられ、RS485通信インターフェースを通じてスマート監視装置に接続されます。

監視システムは以下の機能を提供します：

• IEC61850通信プロトコルを使用して、発電機回路遮断器コンパートメント内のSF6ガス状態を継続的に監視します；

• シミュレーションデータアルゴリズムに基づいてトレンド曲線を生成し、予測分析を行います；

• 警報をトリガーし、推奨されるアクションを提供します。

従来のメンテナンス方法は、定期点検や経験に基づく判断に大きく依存しており、時間と労力のかかるものであり、早期の故障兆候を見逃す可能性が高いです。一方、SF6ガス監視システムは継続的かつリアルタイムのデータを提供し、予知保全と適切な介入により重大な故障を防ぐことができます。IoTおよびビッグデータ技術の進歩により、このような状態監視システムはより広範な設備健康監視ネットワークに統合され、データの精度、分析の深さが向上し、新たなソリューションの革新を促します。

1.4 赤外線熱画像ビデオ監視システム
赤外線熱画像ビデオ監視システムは、赤外線熱画像ビデオセンサー、ネットワークスイッチ、バックエンドシステムで構成されています。このシステムは、赤外線熱画像と可視光ビデオを組み合わせて発電機回路ブレーカー内の導体の温度を監視します。この二重モードアプローチにより測定精度が向上し、発電機出口回路ブレーカーの分離接点ギャップの監視も可能になります。

本プロジェクトでは、赤外線熱画像ビデオセンサーはブレーカーの筐体外部に設置され、その視野角は分離接点ギャップと導体の一部をカバーしています。画像信号はセンサーの尾ケーブルを通じてスマートオンライン監視装置に送られます。

システムは以下の機能を提供します：

• 色のグラデーションを使用して導体の温度をリアルタイムで表示し、最大/最小温度を持つ領域をハイライトし数値を表示する;

• 時間-温度曲線の描画と保存;

• 履歴データに基づいたトレンド分析を行い、運転状況を評価し異常警告を発生させる。

赤外線熱画像は非接触型の監視ツールであり、技術者が遠隔地から設備の熱条件を監視することで、操作を中断することなく運用上のリスクを低減することができます。これにより、過熱、絶縁劣化、負荷バランス不良などの一般的な初期故障兆候を瞬時に特定し、大規模な停電や高額な修理を防ぐための予防措置を講じることが可能です。赤外線と可視光ビデオを組み合わせることで、設備の包括的な評価、詳細な分析、そして正確なメンテナンス決定が可能となります。また、システムは長期的なトレンド分析とパフォーマンス評価のために履歴データを記録し、予知保全と将来のメンテナンスニーズの予測をサポートします。

2.結論

開発されたスマート監視システムは、正確な故障早期警報モデルを確立するとともに、設備のメンテナンス戦略を最適化しました。これらの成果により、発電機回路ブレーカーの故障率とメンテナンスコストを効果的に削減し、その寿命を大幅に延ばすことが可能となりました。このプロジェクトの革新点は、発電機回路ブレーカーに対する多面的なデータ分析と高度な自動化監視の実現にあります。ビッグデータ分析を発電機回路ブレーカーの監視に導入し、クラウドベースのデータ格納と分析を活用することで、データのアクセス性と分析効率が向上します。これらの革新は、電力システム全体の運用効率と安全性を向上させるとともに、電力産業における技術進歩と発展の新しいアイデアと方向性を提供します。