Pesquisa e Prática do Sistema de Monitoramento Inteligente para Disjuntor de Circuito do Gerador
O disjuntor do gerador é um componente crítico nos sistemas de energia, e sua confiabilidade afeta diretamente a operação estável de todo o sistema de energia. Através da pesquisa e aplicação prática de sistemas de monitoramento inteligente, pode-se monitorar o estado operacional em tempo real dos disjuntores, permitindo a detecção precoce de falhas e riscos potenciais, melhorando assim a confiabilidade geral do sistema de energia.
A manutenção tradicional de disjuntores depende principalmente de inspeções periódicas e julgamentos baseados em experiência, o que não apenas consome tempo e mão de obra, mas também pode negligenciar problemas latentes devido à cobertura insuficiente de inspeção. Os sistemas de monitoramento inteligente fornecem monitoramento em tempo real, análise de dados e capacidades de alerta prévio de falhas, reduzindo a manutenção e reparos desnecessários, diminuindo assim os custos de operação e manutenção (O&M).
Eles também permitem uma avaliação mais precisa da saúde do equipamento, permitindo o agendamento racional de atividades de manutenção para evitar tanto o uso excessivo quanto a manutenção excessiva, estendendo efetivamente a vida útil do equipamento. O desenvolvimento e aplicação de sistemas de monitoramento inteligente avançaram as tecnologias de monitoramento para equipamentos de energia, incluindo imagens térmicas por infravermelho e análise de big data. Esses avanços tecnológicos não apenas melhoram a eficiência de monitoramento dos disjuntores de geradores, mas também estabelecem uma base técnica para a gestão inteligente de outros equipamentos de sistemas de energia.
1.Métodos e Práticas
1.1 Arquitetura do Sistema de Monitoramento Inteligente
O sistema de monitoramento inteligente consiste principalmente em sensores, um dispositivo de monitoramento online inteligente (IED), e um sistema de monitoramento back-end. Sensores de deslocamento mecânico, sensores de características mecânicas de baixa corrente, sensores de vídeo termográfico e sensores de gás SF6 são instalados diretamente no equipamento principal. Esses sensores coletam parâmetros operacionais em tempo real do disjuntor do gerador e transmitem sinais via cabos ao dispositivo de monitoramento online inteligente. Um armário de monitoramento local abriga o IED e um switch de rede, que adquirem sinais dos sensores, processam-nos e, em seguida, transmitem os dados via cabo de fibra óptica ao sistema de monitoramento back-end para armazenamento e avaliação.
1.2 Sistema de Monitoramento de Características Mecânicas do Disjuntor
O sistema de monitoramento de características mecânicas compreende sensores de deslocamento, sensores de baixa corrente, um dispositivo de monitoramento online inteligente e um sistema back-end. Ao monitorar o deslocamento operacional do disjuntor, os valores de corrente nos circuitos de controle de abertura/fechamento e a corrente no circuito do motor de armazenamento de energia, obtêm-se parâmetros mecânicos-chave do disjuntor. Curvas de características mecânicas são traçadas e comparadas com curvas de viagem padrão e históricas para avaliar a condição operacional do disjuntor.
O sistema de monitoramento permite as seguintes funções:
Plotar formas de onda da corrente do solenoide de abertura/fechamento, corrente do motor de armazenamento de energia e curvas de deslocamento do mecanismo;
Obter dados como tempo de abertura/fechamento, velocidade, distância de deslocamento, corrente de pico do solenoide, parâmetros característicos do solenoide, corrente de pico do motor de armazenamento de energia e duração do armazenamento de energia;
Comparar as curvas de deslocamento medidas com as curvas padrão para análise;
Consultar dados históricos e gerar relatórios;
Monitorar falhas do sistema e interrupções de comunicação, com acionamento automático de alarmes.
Este projeto instala três sensores de deslocamento — um na parte inferior de cada eixo de acionamento de abertura/fechamento de cada fase no disjuntor de saída do gerador. Os sensores convertem o deslocamento angular (causado pelo vareta de ligação impulsionando o braço oscilante) em sinais digitais TTL e os transmitem ao dispositivo de monitoramento online inteligente. Com sensores de deslocamento independentes para cada fase, o sistema pode identificar precisamente a fase com falha e detectar problemas como porcas de bloqueio frouxas na vareta de ligação ou braços oscilantes frouxos/desprendidos que causam operações de abertura ou fechamento incompletas.
Sensores de baixa corrente são instalados no painel de controle local do disjuntor e incluem quatro canais de medição. Baseados no princípio do efeito Hall, eles convertem os sinais de corrente medidos em sinais analógicos de baixa corrente e os transmitem ao dispositivo de monitoramento online inteligente.
1.3 Sistema de Monitoramento das Condições do Gás SF6
O sistema de monitoramento das condições do gás SF6 consiste em um sensor de gás SF6, um dispositivo de monitoramento online inteligente e um sistema de monitoramento back-end. Neste projeto, o dispositivo de monitoramento inteligente é compartilhado com o sistema de monitoramento de características mecânicas. Este sistema fornece aos operadores dados em tempo real sobre a densidade, pressão e temperatura do gás SF6 dentro do compartimento de gás, permitindo o acompanhamento e a avaliação analítica de tendências históricas a longo prazo.
O sensor de gás SF6 apresenta um design integrado que mede simultaneamente a densidade, a pressão e a temperatura. Ele é montado na porta de enchimento de gás do disjuntor e conectado ao dispositivo de monitoramento inteligente via interface de comunicação RS485.
O sistema de monitoramento oferece as seguintes capacidades:
Monitorar continuamente as condições do gás SF6 no compartimento do disjuntor do gerador usando o protocolo de comunicação IEC61850;
Gerar curvas de tendência com base em algoritmos de dados simulados para análise preditiva;
Acionar alarmes e fornecer ações recomendadas.
Os métodos de manutenção tradicionais dependem fortemente de inspeções programadas e julgamento empírico — processos que consomem muito tempo, são intensivos em mão de obra e propensos a perder indicadores precoces de falhas. Em contraste, o sistema de monitoramento de gás SF6 fornece dados contínuos e em tempo real, permitindo a manutenção preditiva e intervenção oportuna para prevenir falhas maiores. Com o avanço das tecnologias IoT e big data, tais sistemas de monitoramento de condições podem ser integrados em redes mais amplas de monitoramento da saúde do equipamento, melhorando a precisão dos dados, a profundidade da análise e fomentando inovações em novas soluções.
1.4 Sistema de Monitoramento por Imagem Térmica Infravermelha
O sistema de monitoramento por imagem térmica infravermelha compreende um sensor de vídeo de imagem térmica infravermelha, um switch de rede e um sistema back-end. Ele monitora a temperatura dos condutores internos no disjuntor do circuito do gerador, combinando a imagem térmica infravermelha com o vídeo de luz visível. Esta abordagem dual melhora a precisão da medição e permite o monitoramento das lacunas de contato do disjuntor na saída do gerador.
Neste projeto, o sensor de vídeo de imagem térmica infravermelha é montado externamente na caixa do disjuntor, com seu campo de visão cobrindo as lacunas de contato do disjuntor e partes dos condutores. Os sinais de imagem são transmitidos via cabo de cauda do sensor para o dispositivo de monitoramento online inteligente.
O sistema fornece as seguintes funções:
Exibe as temperaturas dos condutores em tempo real usando gradiente de cores e destaca regiões com temperaturas máxima/mínima juntamente com valores numéricos;
Plota e armazena curvas de temperatura ao longo do tempo;
Realiza análise de tendência com base em dados históricos para avaliar o estado operacional e emitir avisos de anomalias.
A imagem térmica infravermelha é uma ferramenta de monitoramento sem contato que permite aos técnicos monitorar remotamente as condições térmicas do equipamento sem interromper as operações, reduzindo assim o risco operacional. Pode identificar instantaneamente superaquecimento, degradação de isolamento ou desequilíbrio de carga — sinais comuns iniciais de falha — possibilitando ações preventivas para evitar interrupções em larga escala e reparos caros. A combinação de infravermelho e vídeo de luz visível permite uma avaliação abrangente do equipamento, análise detalhada e decisões de manutenção precisas. Além disso, o sistema registra dados históricos para análise de tendências a longo prazo e avaliação de desempenho, suportando a manutenção preditiva e previsão de futuras necessidades de manutenção.
2.Conclusão
O sistema de monitoramento inteligente desenvolvido não só estabeleceu um modelo de alerta precoce de falhas preciso, mas também otimizou as estratégias de manutenção do equipamento. Essas realizações reduzem efetivamente a taxa de falhas e os custos de manutenção dos disjuntores do circuito do gerador, além de estender significativamente sua vida útil. A inovação deste projeto reside na realização de análise de dados multidimensional e monitoramento altamente automatizado de disjuntores do circuito do gerador. Introduz a análise de big data no monitoramento de disjuntores do circuito do gerador e utiliza o armazenamento e análise de dados em nuvem para melhorar a acessibilidade e a eficiência analítica dos dados. Essas inovações não apenas melhoram a eficiência operacional e a segurança geral dos sistemas de energia, mas também fornecem novas ideias e direções para o avanço e desenvolvimento tecnológico na indústria de energia.
