مراقبة فورية لمثبطات الصواعق في خزانات GIS بـ 10 كيلوفولت: تعزيز سلامة نظام الطاقة السكك الحديدية

1 خلفية البحث

تتعرض المثبطات المعدنية-الأكسيدية المحكمة الإغلاق داخل الخزانات لجهد النظام بشكل مستمر، مما يعرضها لمخاطر التقادم والفشل، وحتى الانفجارات التي قد تسبب حرائق كهربائية. لذا، يكون هناك حاجة للتفتيش والصيانة الدورية. يتضمن الكشف التقليدي بدوام 3-5 سنوات (قطع التيار الكهربائي وإزالة المثبط للإختبار؛ إعادة التركيب إذا تم استبداله) مخاطر أمان وصعوبات في استيفاء المعايير بناءً على المساحة والبيئة.

2 مبدأ رصد مثبط الصواعق في خزانة نظام الجغرافيا الكهربائية 10 كيلوفولت

لتوفير سلامة السكك الحديدية ذات السرعة العالية، يجب تمكين الرصد الفعلي لحالة مثبط الصواعق في خزانة نظام الجغرافيا الكهربائية 10 كيلوفولت، وتقييم العمر الافتراضي، واستبدال الأجهزة المنتهية الصلاحية في الوقت المناسب، ومن ثم فإن تطوير نظام رصد هو أمر ضروري.

في حالة التشغيل العادية لخزانة نظام الجغرافيا الكهربائية، تظهر المثبطات مقاومة عالية. وفي حالات أعطال التأريض، تطلق الطاقة ثم تستعيد المقاومة العالية بسرعة لمنع تدفق التيار الأرضي. عادةً ما يكون التيار التسرب (بضع عشرات من المللي أمبير، حوالي 10 مللي أمبير من المكون المقاوم) ضئيلاً. مع التقادم أو التلف بسبب الرطوبة، يزيد التيار التسرب المقاوم، ولكن المشاكل البسيطة تؤدي إلى زيادة غير واضحة، مما يعيق اكتشاف المخاطر في الوقت المناسب ويهدد سلامة السكك الحديدية. لذا، تكون هناك حاجة لتحليل التيار المقاوم والطرق (التعويض، التيار التسرب الكلي، التوافقي الثالث).

لمزيد من السلامة، يتم تصميم وحدة شاملة لرصد التيار التسرب (المبدأ في الشكل 1). تقوم برصد عدة مثبطات عبر الإنترنت، تتبع المعلمات مثل التيار التسرب. عند تشغيلها، تقوم بالإعداد، وتقوم بفحص المستشعرات بشكل دوري، وتعالج الأخطاء فورًا، وترفع البيانات إلى الخوادم عبر تقنية 5G للرصد عن بعد.

3 تنفيذ نظام الرصد لمثبطات الصواعق في خزانات نظام الجغرافيا الكهربائية للمحطات الكهربائية 10 كيلوفولت

وفقًا لمبدأ الرصد، يتم تصميم وتنفيذ النظام. يقوم كل نظام فرعي لرصد مثبط الصواعق عبر الإنترنت بإرسال البيانات إلى النظام الداخلي للمحطة. يمكنه جمع المعلمات بما في ذلك عدد عمليات المثبط، والتيار التسرب، وأوقات العمليات (دقيقة حتى الثانية)، والتيار القممي أثناء العمليات.

تستخدم مثبطات الصواعق مستشعرات التيار التسرب من خلال النواة بدون تدفق للاستحواذ على إشارات التيار الكلية. تخضع هذه الإشارات لتحويل فورييه السريع (FFT) - وهو خوارزمية فعالة تقلل من التعقيد الحسابي بينما تسمح بحساب سريع لتحويلات فورييه وعكسها، مما يجعلها أداة رياضية لا غنى عنها في أنظمة الطاقة. يقوم FFT بتجزئة إشارات التيار لتحديد المكونات التوافقية وتحليل التوافقيات بناءً على التردد.

يعاني نظام الجغرافيا الكهربائية في محطات 10 كيلوفولت من تلوث شديد بالتوافقي الثالث، مما يزيد من خسائر النظام ويزيد الحمل ويضعف رصد المثبطات - مما يهدد سلامة واستقرار نظام الطاقة للسكك الحديدية ذات السرعة العالية. لذا، يعتمد النظام على طريقة التوافقي الثالث: تحليل بيانات "التوافقي الثالث" (ثلاثة أضعاف التردد الأساسي 50 هرتز) المجزأة عبر FFT. تتصل الوحدة الشاملة لمراقبة المثبطات بمستشعرات المثبطات عبر واجهة RS485، مما يمكّن من جمع البيانات من ما يصل إلى 32 مثبطًا للصواعق في لوحة التوزيع.

3.1 نقل البيانات والتحليل الذكي

تستخدم الوحدة الشاملة لمراقبة المثبطات وحدة اتصال 5G لتوصيل بيانات الاكتشاف بسرعة إلى منصة السحابة. تقوم المنصة بتحليل حالات تشغيل المثبطات وتثير الإنذارات للحالات الغير طبيعية وترفع البيانات بشكل دوري. تولد التحليلات الآلية للبيانات توصيات - مثل استبدال المثبطات في الوقت المناسب أو التوقعات حول دورة الحياة. يدعم نظام الاستحواذ رفع البيانات المجدولة ورفع البيانات النشطة أثناء الحالات الغير طبيعية (كما هو موضح في الشكل 2).

3.2 تشغيل النظام وإدارته

بعد التنفيذ، تقوم الوحدة بمعالجة التيار الكلي والتقويم الثالث وبيانات التشغيل لحساب التيار الكلي والمقاومة والبيانات التشغيلية - والتي يتم إرسالها إلى السحابة عبر 5G. تعرض منصة السحابة منحنيات دورة حياة المثبط وإشعارات العمل، مما يمكّن من مراقبة دورة الحياة والتشغيل في الوقت الفعلي. تقوم البرامج الخلفية للمحطة بتخزين جميع بيانات الاكتشاف، مع ترددات وأوقات الرفع اليومية القابلة للتكوين. إذا تجاوز التيار التسرب 10٪ من قيمة الأساس، يُثير النظام الإنذارات.

تم تحديد المعلمات التقنية الرئيسية كما في الجدول 1. تم تركيب نظام الرصد وإجراء التشغيل، مع ضبط الأخطاء وفقًا لجداول صيانة المعدات. يحقق نظام الرصد إدارة دورة حياة المثبط ومراقبة الوقت الفعلي وتحسين كفاءة الصيانة - مما يعزز معايير إدارة نظام الطاقة.

4 الخاتمة

يقوم نظام الرصد الفعلي لحالة التشغيل لمثبطات الصواعق في خزانات نظام الجغرافيا الكهربائية للمحطات الكهربائية 10 كيلوفولت بإرسال البيانات المجمعة إلى نظام الرصد الخلفي عبر تقنية النقل اللاسلكي 5G. في الوقت نفسه، يقوم نظام الرصد الخلفي بإنشاء منحنيات لتغير عمر المثبط وإشعارات الإنذار لعمليات المثبط، مما يمكّن من معرفة حالة عمر المثبط والحالة التشغيلية في الوقت الفعلي.

تصميم وتنفيذ هذا النظام يعزز دقة مراقبة التشغيل لمثبطات الصواعق في خزانات نظام الجغرافيا الكهربائية للمحطات الكهربائية 10 كيلوفولت، ويقلل من تكاليف الصيانة، ويمنع الحوادث الكبرى. بالإضافة إلى ذلك، يحسن من أمان الطاقة لتشغيل السكك الحديدية ذات السرعة العالية.