Raziskave in praksa inteligentnega nadzornega sistema za preklopnik generatorja

Preklopnik generatorja je ključni komponent v električnih sistemih, in njegova zanesljivost neposredno vpliva na stabilno delovanje celotnega električnega sistema. Z raziskovanjem in praktičnim uporabljanjem inteligentnih nadzornih sistemov lahko spremljamo realno stanje preklopnikov, kar omogoča zgodnjo zaznavanje potencialnih napak in tveganj, s tem pa povečujemo splošno zanesljivost električnega sistema.

Tradicijska vzdrževanja preklopnikov se največ osrečujejo na periodičnih pregledih in izkušnjah, ki so ne le časovno zahtevne in odvisne od človeških virov, ampak lahko zaradi nedostatka pokritosti pregleda tudi zanemarijo skrite težave. Inteligentni nadzorni sistemi ponujajo zmožnosti za realnočasno spremljanje, analiza podatkov in zgodnji opozori za napake, s tem pa zmanjšujejo nenužna vzdrževanja in popravila, zato znižujejo stroške poskrbe in vzdrževanja (O&M).

Tudi omogočajo boljšo ocenitev zdravja opreme, dovoljujejo racionalno planiranje vzdrževanskih dejavnosti, da se izognejo tako prekomernemu kot tudi prekomernemu vzdrževanju, zato učinkovito podaljšujejo življenjski čas opreme. Razvoj in uporaba inteligentnih nadzornih sistemov sta napredovala tehnologije za spremljanje električne opreme, vključno s infrardečim toplotnim slikanjem in analizami velikih podatkov. Ti tehnološki napredek ne le povečuje učinkovitost spremljanja preklopnikov generatorjev, ampak tudi postavlja tehnično podlago za inteligentno upravljanje z drugimi opremami v električnem sistemu.

1. Metode in prakse
1.1 Arhitektura inteligentnega nadzornega sistema
Inteligentni nadzorni sistem se glavno sestoji iz senzorjev, inteligentnega on-line nadzornega naprave (IED) in nadzornega sistema na strani strežnika. Na glavni opremi so nameščeni mehanski pomikalni senzorji, senzorji mehanskih lastnosti pri majhni strmi, termografski video senzorji in SF6 plinski senzorji. Ti senzorji zbirajo realnočasne operativne parametre preklopnika generatorja in jih prenesejo preko kabelov na inteligentno on-line nadzorno napravo. V lokalni nadzorno štanci so IED in omrežni prehodnik, ki zajamejo signale senzorjev, jih obdelajo in nato prenesejo podatke preko vlaknenih kabelov na nadzorni sistem na strani strežnika za shranjevanje in ocenjevanje.

1.2 Sistem za spremljanje mehanskih lastnosti preklopnika
Sistem za spremljanje mehanskih lastnosti se sestoji iz pomikalnih senzorjev, senzorjev male strme, inteligentne on-line nadzorne naprave in sistema na strani strežnika. S spremljanjem operativnega premika preklopnika, vrednosti strme v okviru vezij za odpiranje/zapiranje in strme v vezju za energijski motor, se pridobijo ključne mehanske parametre preklopnika. Mehanske karakteristične krivulje so risane in primerjane z standardnimi in zgodovinskimi putarskimi krivuljami, da se oceni stanje delovanja preklopnika.

Sistem omogoča naslednje funkcije:

• Risanje valovnih oblik strme v okviru vezij za odpiranje/zapiranje, strme v vezju za energijski motor in mehanske putarske krivulje;

• Pridobivanje podatkov, kot so časi odpiranja/zapiranja, hitrost, putarska razdalja, vrhunska strma v vezju, karakteristične vrednosti vezja, vrhunska strma v vezju za energijski motor in čas energije;

• Primerjava merjenih putarskih krivulj s standardnimi krivuljami za analiza;

• Izvedba zgodovinskih podatkov in generiranje poročil;

• Spremljanje sistemskih napak in prekinitev v komunikaciji, s samodejnim aktiviranjem alarmov.

Ta projekt namesti tri pomikalne senzorje - en na dnu vsake fazne vezije za odpiranje/zapiranje na preklopniku izleta generatorja. Senzorji pretvorijo kotni pomik (causan zaradi vezija, ki pogone računalo) v digitalne TTL signale in jih prenesejo na inteligentno on-line nadzorno napravo. Z neodvisnimi pomikalnimi senzorji za vsako faza, sistem lahko natančno identificira defektna faza in zazna težave, kot so lučne orisi na veziju ali lučna/odtete računalne, ki povzročajo nepopolno odpiranje/zapiranje.

Senzorji male strme so nameščeni v lokalni nadzorni štanci preklopnika in vključujejo štiri merilne kanale. Na principu Hall učinka pretvarjajo meritve strme v analogne signale male strme in jih prenesejo na inteligentno on-line nadzorno napravo.

1.3 Sistem za spremljanje stanja SF6 plina
Sistem za spremljanje stanja SF6 plina se sestoji iz SF6 plinskega senzorja, inteligentne on-line nadzorne naprave in nadzornega sistema na strani strežnika. V tem projektu je inteligentna nadzorna naprava deljena s sistemom za spremljanje mehanskih lastnosti. Ta sistem operatorjem ponuja realnočasne podatke o gostoti, tlaku in temperaturi SF6 plina znotraj plinske komore, omogoča dolgoročno sledenje in analitično ocenjevanje zgodovinskih trendov.

SF6 plinski senzor ima integrirano obliko, ki meri gostota, tlak in temperatura hkrati. Nameščen je na polnilni vhod preklopnika in povezan na inteligentno nadzorno napravo preko RS485 komunikacijskega vmesnika.

Sistem omogoča naslednje zmogljivosti:

• Nepretrgano spremljanje stanja SF6 plina v komori preklopnika generatorja s komunikacijskim protokolom IEC61850;

• Generiranje trendnih krivulj na podlagi simuliranih algoritmov podatkov za prediktivna analiza;

• Aktiviranje alarmov in ponudba priporočenih dejanj.

Tradicijske metode vzdrževanja se z veliko poudarkom oslanjajo na planirane pregledovanja in empirično sodišče – časovno zahtevne, delovno intenzivne in lahko prezrijo zgodnje kazalnike težav. V nasprotju s tem SF6 plinski sistem nadzora prinaša zvezne, v realnem času dostopne podatke, omogočajo prediktivno vzdrževanje in pravočasno posredovanje za preprečevanje večjih odpadkov. Z naprekom IoT in tehnologij velikih podatkov se lahko takšni sistemi stanja integrirajo v širše mreže za spremljanje zdravja opreme, kar izboljšuje natančnost podatkov, globinu analize in spodbuja inovacije pri novih rešitvah.

1.4 Sistem s sledenjem s področja infrardečega termalnega slikanja
Sistem s sledenjem s področja infrardečega termalnega slikanja sestavlja senzor za infrardečo termalno slikovno sledenje, omrežni preklapljač in zadnji del sistema. Sledi temperaturi notranjih vodil v generatorju preklopnika tako, da združi infrardečo termalno sliko z sliko vidnega svetlobnega videa. Ta dvojni pristop poveča natančnost meritve in omogoča sledenje razmiku med kontakti preklopnika na izhodu generatorja.

V tem projektu je senzor za infrardečo termalno slikovno sledenje nameščen zunaj oklepaja preklopnika, njegov pogled zajema razmik med kontakti preklopnika in deli vodil. Slike so prenesene preko kabela senzorja do inteligentnega naprave za online sledenje.

Sistem zagotavlja naslednje funkcije:

• Prikaz realnega časa temperature vodil s pomocjo barvne lestve in izpostavljanje območij z najvišjo/najnižjo temperaturo skupaj z numeričnimi vrednostmi;

• Izdelava in shranjevanje krivulj temperatura v odvisnosti od časa;

• Trendna analiza na podlagi zgodovinskih podatkov za ocenjevanje operativnega stanja in izdaja opozoril o anomalijah.

Infrardečo termalno sliku je nekontaktno orodje za sledenje, ki tehničnim osebam omogoča oddaljeno sledenje termalnih pogojev opreme brez prekinitve operacij, s tem zmanjšuje operativne tveganja. Lahko trenutno identificira preseganje temperature, degradacijo izolacije ali neravnovesje obremenitve – pogoste zgodnje znaki odpada, omogoča preventivne ukrepe za izogibanje velikim odpadom in dragim popravilom. Kombinacija infrardečega in vidnega svetlobnega videa omogoča celostno ocenjevanje opreme, podrobna analiza in natančna odločitva o vzdrževanju. Poleg tega sistem beleži zgodovinske podatke za dolgoročno trendna analiza in ocenjevanje zmogljivosti, podpira prediktivno vzdrževanje in napovedovanje prihodnjih potreb vzdrževanja.

2.Zaključek

Razviti inteligentni sistem za sledenje ni samo ustvaril točen model za zgodnja opozorila o odpadeh, ampak tudi optimiziral strategije vzdrževanja opreme. Ti dosežki učinkovito zmanjšujejo stopnjo odpadov in stroške vzdrževanja preklopnikov generatorja ter zelo povečujejo njihov življenjski čas. Inovacija tega projekta je v realizaciji večdimenzionalne analize podatkov in visoko avtomatiziranega sledenja preklopnikom generatorja. Vstop big data analize v sledenje preklopnikom generatorja in uporaba hranjenja in analize podatkov v oblaku za izboljšanje dostopnosti podatkov in učinkovitosti analize. Te inovacije ne le izboljšajo skupno operativno učinkovitost in varnost energetskih sistemov, ampak tudi prinašajo nove ideje in smeri za tehnološki razvoj in napredek v električnem sektorju.