Дослідження та практика інтелектуальної системи моніторингу вимикача генератора
Автоматичний вимикач генератора є ключовим компонентом електроенергетичних систем, і його надійність безпосередньо впливає на стабільну роботу всієї електроенергетичної системи. Шляхом дослідження та практичного застосування інтелектуальних систем моніторингу можна контролювати реальні умови роботи вимикачів, що дозволяє вчасно виявляти потенційні несправності та ризики, а отже, підвищувати загальну надійність електроенергетичної системи.
Традиційне обслуговування вимикачів залежить переважно від періодичних перевірок та досвіду, що не тільки займає багато часу і праці, але також може призвести до проглядання прихованих проблем через недостатню охопленість перевірок. Інтелектуальні системи моніторингу забезпечують реальний контроль, аналіз даних та раннє попередження про аварії, що зменшує непотрібне обслуговування та ремонт, таким чином, знижуючи витрати на експлуатацію та обслуговування (O&M).
Це також дозволяє більш точно оцінювати стан обладнання, що дозволяє раціонально планувати обслуговування, щоб уникнути як перевикористання, так і надмірне обслуговування, ефективно продовжуючи термін служби обладнання. Розробка та застосування інтелектуальних систем моніторингу сприяли розвитку технологій моніторингу електроенергетичного обладнання, включаючи інфрачервоне термографічне зображення та аналіз великих даних. Ці технологічні досягнення не лише підвищують ефективність моніторингу автоматичних вимикачів генераторів, але також закладають технічні основи для інтелектуального управління іншим обладнанням електроенергетичної системи.
1. Методи та практики
1.1 Архітектура інтелектуальної системи моніторингу
Інтелектуальна система моніторингу складається переважно з сенсорів, інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу (IED) та серверної системи моніторингу. Механічні сенсори переміщення, сенсори механічних характеристик при малому струмі, термографічні відеосенсори та сенсори газу SF6 встановлюються безпосередньо на головному обладнанні. Ці сенсори збирають реальні параметри роботи автоматичного вимикача генератора та передають сигнали через кабелі до інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу. У полевому шафі для моніторингу розміщується IED та мережевий комутатор, які отримують сигнали від сенсорів, обробляють їх, а потім передають дані через оптоволоконний кабель до серверної системи моніторингу для зберігання та оцінки.
1.2 Система моніторингу механічних характеристик вимикача
Система моніторингу механічних характеристик складається з сенсорів переміщення, сенсорів при малому струмі, інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу та серверної системи. Контролюючи переміщення роботи вимикача, значення струму в цепях керування відкриття/закриття та струм в цепі двигуна аккумулятора, отримуються ключові механічні параметри вимикача. Будуються графіки механічних характеристик та порівнюються зі стандартними та історичними графіками переміщення, щоб оцінити робочий стан вимикача.
Система моніторингу дозволяє виконувати наступні функції:
Побудова графіків струму катушок відкриття/закриття, струму двигуна аккумулятора та графіків переміщення механізму;
Отримання даних, таких як час відкриття/закриття, швидкість, відстань переміщення, максимальний струм катушки, характеристичні параметри катушки, максимальний струм двигуна аккумулятора та тривалість зарядки;
Порівняння виміряних графіків переміщення зі стандартними графіками для аналізу;
Запит історичних даних та генерація звітів;
Моніторинг системних помилок та переривань зв'язку з автоматичним запуском сигналів тривоги.
У рамках цього проекту встановлено три сенсори переміщення — по одному на кожну фазу осі керування відкриття/закриття на автоматичному вимикачу на виході генератора. Сенсори перетворюють кутове переміщення (спричинене зв'язкою, що приводить кривошип) на цифрові TTL-сигнали та передають їх до інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу. З незалежними сенсорами переміщення для кожної фази, система може точно визначити несправну фазу та виявити проблеми, такі як розвинчені гайки зв'язки або розвинчені/відкріплені кривошипи, що призводять до неповного відкриття або закриття.
Сенсори при малому струмі встановлені в локальній керувальній шафі вимикача та включають чотири каналу вимірювання. На основі принципу ефекту Холла вони перетворюють виміряні сигнали струму на аналогові сигнали при малому струмі та передають їх до інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу.
1.3 Система моніторингу стану газу SF6
Система моніторингу стану газу SF6 складається з сенсора газу SF6, інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу та серверної системи моніторингу. У рамках цього проекту інтелектуальний пристрій онлайн-моніторингу спільно використовується з системою моніторингу механічних характеристик. Ця система надає операторам реальні дані про густину, тиск та температуру газу SF6 всередині камер газу, що дозволяє довгострокове відстеження та аналітичну оцінку історичних тенденцій.
Сенсор газу SF6 має інтегрований дизайн, що одночасно вимірює густину, тиск та температуру. Він монтується на точці заповнення газом вимикача та під'єднується до інтелектуального пристрою онлайн-моніторингу через інтерфейс зв'язку RS485.
Система моніторингу надає наступні можливості:
Безперервний моніторинг умов газу SF6 в камері автоматичного вимикача генератора за допомогою протоколу IEC61850;
Генерація графіків тенденцій на основі алгоритмів моделювання даних для прогнозного аналізу;
Запуск сигналів тривоги та надання рекомендованих дій.
Традиційні методи обслуговування значною мірою спираються на плановані перевірки та емпіричне висновування — це триває довго, потребує багато праці і може призвести до втрати ранніх показників аварій. Навпаки, система моніторингу газу SF6 надає неперервні дані у реальному часі, що дозволяє проводити прогнозне обслуговування та своєчасну інтервенцію для запобігання серйозним аваріям. З розвитком технологій Інтернету речей та великих даних такі системи моніторингу стану можна інтегрувати в більш широкі мережі моніторингу здоров'я обладнання, покращуючи точність даних, глибину аналізу та сприяючи інноваціям у нових рішеннях.
1.4 Система інфрачервоного термального зображення
Система інфрачервоного термального зображення складається з датчика інфрачервоного термального зображення, мережевого комутатора та бекенд-системи. Вона контролює температуру внутрішніх провідників у колі генераторного вимикача, поєднуючи інфрачервоне термальне зображення з видимо-світловим відео. Цей подвійний підхід підвищує точність вимірювань та дозволяє контролювати зазори контактів відключаючого пристрою генераторного виходного вимикача.
У цьому проекті датчик інфрачервоного термального зображення монтується зовні на корпусі вимикача, з полем огляду, що охоплює зазори контактів відключаючого пристрою та частини провідника. Сигнали зображення передаються через кабель датчика до інтелектуального онлайн-пристрою моніторингу.
Система надає наступні функції:
Відображення реальних температур провідників за допомогою кольорових градієнтів та виділення областей з максимальною/мінімальною температурою разом з числовими значеннями;
Побудова та зберігання графіків температури-часу;
Виконання аналізу тенденцій на основі історичних даних для оцінки операційного стану та видавання попереджень про аномалії.
Інфрачервоне термальне зображення — це безконтактний інструмент моніторингу, який дозволяє технікам віддалено контролювати термальні умови обладнання без переривання роботи, що зменшує операційні ризики. Він може моментально ідентифікувати перегрівання, вироблення ізоляції або незбалансованість навантаження — загальні ранні ознаки аварій, що дозволяють проводити запобіжні дії для уникнення масштабних відключень та дорогих ремонтів. Поєднання інфрачервоного та видимо-світлового відео дозволяє комплексну оцінку обладнання, детальний аналіз та точні рішення щодо обслуговування. Крім того, система записує історичні дані для довгострокового аналізу тенденцій та оцінки продуктивності, що підтримує прогнозне обслуговування та прогнозування майбутніх потреб у обслуговуванні.
2.Висновки
Розроблена інтелектуальна система моніторингу не лише створила точну модель раннього попередження про аварії, але й оптимізувала стратегії обслуговування обладнання. Ці досягнення ефективно знижують коефіцієнт відмов та витрати на обслуговування вимикачів генераторів, значно продовжуючи їхній строк служби. Інновація цього проекту полягає у реалізації багатовимірного аналізу даних та високоавтоматизованого моніторингу вимикачів генераторів. Він вводить аналіз великих даних у моніторинг вимикачів генераторів, використовуючи хмарне зберігання та аналіз даних для покращення доступності та ефективності аналізу. Ці інновації не лише підвищують загальну ефективність та безпеку енергетичних систем, але й надають нові ідеї та напрямки для технологічного прогресу та розвитку в енергетичній галузі.
