Исследование и практика интеллектуальной системы мониторинга для выключателя генераторного контура
Выключатель генератора является ключевым компонентом в энергетических системах, и его надежность напрямую влияет на стабильную работу всей энергетической системы. Благодаря исследованиям и практическому применению интеллектуальных систем мониторинга можно отслеживать текущее состояние выключателей в реальном времени, что позволяет своевременно обнаруживать потенциальные неисправности и риски, тем самым повышая общую надежность энергетической системы.
Традиционное обслуживание выключателей в основном опирается на периодические проверки и оценку на основе опыта, что не только требует много времени и трудозатрат, но и может пропустить скрытые проблемы из-за недостаточного охвата проверок. Интеллектуальные системы мониторинга предоставляют возможности для мониторинга в реальном времени, анализа данных и раннего предупреждения о неисправностях, снижая ненужное техническое обслуживание и ремонт, что, в свою очередь, уменьшает затраты на эксплуатацию и обслуживание (O&M).
Они также позволяют более точно оценивать состояние оборудования, что дает возможность рационально планировать работы по техническому обслуживанию, чтобы избежать как перегрузки, так и избыточного обслуживания, эффективно продлевая срок службы оборудования. Развитие и применение интеллектуальных систем мониторинга продвинули технологии мониторинга электрооборудования, включая инфракрасное термографирование и анализ больших данных. Эти технологические достижения не только улучшают эффективность мониторинга выключателей генераторов, но и создают техническую основу для интеллектуального управления другими оборудованием энергетических систем.
1. Методы и практики
1.1 Архитектура интеллектуальной системы мониторинга
Интеллектуальная система мониторинга состоит главным образом из датчиков, интеллектуального устройства онлайн-мониторинга (IED) и системы заднего мониторинга. Датчики механического смещения, датчики низкого тока, тепловизионные видеодатчики и датчики SF6 устанавливаются непосредственно на основное оборудование. Эти датчики собирают операционные параметры выключателя генератора в реальном времени и передают сигналы через кабели на интеллектуальное устройство онлайн-мониторинга. В шкафу локального мониторинга размещаются IED и сетевой коммутатор, которые принимают сигналы датчиков, обрабатывают их, а затем передают данные через оптоволоконный кабель в систему заднего мониторинга для хранения и оценки.
1.2 Система мониторинга механических характеристик выключателя
Система мониторинга механических характеристик включает датчики смещения, датчики низкого тока, интеллектуальное устройство онлайн-мониторинга и заднюю систему. Отслеживая рабочее смещение выключателя, значения тока в цепях управления открытием/закрытием и ток в цепи двигателя накопителя энергии, получают ключевые механические параметры выключателя. Построение и сравнение кривых механических характеристик с эталонными и историческими кривыми позволяет оценить состояние работы выключателя.
Система мониторинга обеспечивает следующие функции:
Построение осциллограмм тока катушек открытия/закрытия, тока двигателя накопителя энергии и кривых перемещения механизма;
Получение данных, таких как время открытия/закрытия, скорость, расстояние перемещения, пиковый ток катушки, характеристические параметры катушки, пиковый ток двигателя накопителя энергии и длительность накопления энергии;
Сравнение измеренных кривых перемещения с эталонными кривыми для анализа;
Запрос исторических данных и формирование отчетов;
Мониторинг системных неисправностей и прерываний связи с автоматическим срабатыванием сигнализации.
В рамках данного проекта установлены три датчика смещения — один на нижней части каждого приводного вала фазы на выходном выключателе генератора. Датчики преобразуют угловое смещение (вызванное рычагом, приводящим кривошип) в цифровые TTL-сигналы и передают их на интеллектуальное устройство онлайн-мониторинга. С независимыми датчиками смещения для каждой фазы система может точно определить неисправную фазу и обнаружить такие проблемы, как ослабленные гайки на соединительном рычаге или ослабленные/отсоединенные кривошипы, вызывающие неполное открытие или закрытие.
Датчики низкого тока устанавливаются в местном шкафу управления выключателя и включают четыре измерительных канала. На основе принципа эффекта Холла они преобразуют измеренные сигналы тока в аналоговые сигналы низкого тока и передают их на интеллектуальное устройство онлайн-мониторинга.
1.3 Система мониторинга состояния газа SF6
Система мониторинга состояния газа SF6 состоит из датчика газа SF6, интеллектуального устройства онлайн-мониторинга и системы заднего мониторинга. В данном проекте интеллектуальное устройство мониторинга используется совместно с системой мониторинга механических характеристик. Эта система предоставляет операторам данные в реальном времени о плотности, давлении и температуре газа SF6 внутри газовой камеры, что позволяет вести долгосрочный мониторинг и аналитическую оценку исторических тенденций.
Датчик газа SF6 имеет интегрированный дизайн, измеряющий одновременно плотность, давление и температуру. Он устанавливается на заправочном порту выключателя и подключен к интеллектуальному устройству мониторинга через интерфейс RS485.
Система мониторинга предоставляет следующие возможности:
Непрерывный мониторинг состояния газа SF6 в камере выключателя генератора с использованием протокола IEC61850;
Построение трендовых кривых на основе алгоритмов моделирования данных для прогнозного анализа;
Срабатывание сигнализации и предоставление рекомендаций по действиям.
Традиционные методы обслуживания сильно зависят от запланированных проверок и эмпирических суждений — это трудоемкий процесс, склонный к пропуску ранних признаков неисправностей. В отличие от этого, система мониторинга газа SF6 обеспечивает непрерывное получение данных в реальном времени, что позволяет проводить предиктивное обслуживание и своевременное вмешательство для предотвращения серьезных отказов. С развитием технологий IoT и больших данных такие системы мониторинга состояния могут быть интегрированы в более широкие сети мониторинга здоровья оборудования, улучшая точность данных, глубину анализа и стимулируя инновации в новых решениях.
1.4 Система видеомониторинга с использованием тепловизора
Система видеомониторинга с использованием тепловизора состоит из датчика тепловизионного видео, сетевого коммутатора и заднего конца системы. Она контролирует температуру внутренних проводников в выключателе генераторной цепи, объединяя тепловизионное изображение с видимым светом. Этот двойной подход повышает точность измерений и позволяет контролировать зазоры контактов разъединителя на выходе выключателя генератора.
В рамках данного проекта датчик тепловизионного видео установлен снаружи корпуса выключателя, его поле зрения охватывает зазоры контактов разъединителя и части проводника. Изображения передаются через хвостовой кабель датчика на интеллектуальное устройство онлайн-мониторинга.
Система предоставляет следующие функции:
Отображение температур проводников в реальном времени с помощью цветовых градиентов и подсветка областей с максимальными/минимальными температурами вместе с числовыми значениями;
Построение и хранение графиков температуры во времени;
Проведение трендового анализа на основе исторических данных для оценки операционного состояния и выдачи предупреждений об аномалиях.
Тепловизионное изображение — это бесконтактный инструмент мониторинга, который позволяет техникам удаленно контролировать тепловые условия оборудования без прерывания операций, что снижает операционные риски. Он может мгновенно определить перегрев, деградацию изоляции или дисбаланс нагрузки — типичные ранние признаки отказа, что позволяет предпринять профилактические меры для предотвращения крупных отключений и дорогостоящих ремонтов. Объединение тепловизионного и видимого светового видео позволяет проводить всестороннюю оценку оборудования, детальный анализ и точные решения по обслуживанию. Кроме того, система записывает исторические данные для долгосрочного трендового анализа и оценки производительности, поддерживая предиктивное обслуживание и прогнозирование будущих потребностей в обслуживании.
2.Заключение
Разработанная интеллектуальная система мониторинга не только создала точную модель раннего предупреждения неисправностей, но и оптимизировала стратегии обслуживания оборудования. Эти достижения эффективно снижают частоту отказов и затраты на обслуживание выключателей генераторных цепей, значительно продлевая их срок службы. Инновация данного проекта заключается в реализации многомерного анализа данных и высокоавтоматизированного мониторинга выключателей генераторных цепей. Введение аналитики больших данных в мониторинг выключателей генераторных цепей и использование облачного хранения и анализа данных для улучшения доступности и эффективности анализа. Эти инновации не только улучшают общую операционную эффективность и безопасность энергетических систем, но и предоставляют новые идеи и направления для технологического развития и прогресса в энергетической отрасли.
