Реално време наблюдение на ограничителите на напряжение в 10кВ GIS кабини: Подобряване на безопасността на електроенергийната система на железопътната мрежа

1 Изследователска основа

Метално-оксидният гасител на вълните, запечатан в кабинет, непрекъснато изнася системното напрежение, рискувайки от стареене и откази, дори разрушаване/експлозия, причиняващи електрически пожари. Следователно е необходима регулярна инспекция/поддръжка. Традиционната проверка с цикъл от 3-5 години (изключване на тока, махане на гасителя за тестове; повторна инсталация, ако е заменен) предизвиква рискове за безопасността и се сблъсква с трудности при спазването на стандарти, свързани с пространството/околната среда.

2 Принцип на мониторинга на гасител на вълните в 10кВ GIS кабинет

За да се осигури безопасността на високоскоростния железопътен транспорт, да се позволи реално време мониторинг на състоянието на гасителя на вълните в 10кВ GIS кабинет, да се прецени срока на полезност и да се замести своевременно изтекъл, е необходимо развитие на система за мониторинг.

При нормална работа на GIS кабинета, гасителите показват високо съпротивление; при дефект на заземяване те излъчват енергия, след което бързо се възстановяват до високо съпротивление, за да блокират заземения ток. Нормално, утечката ток (десетки мА, ~10мА резистивен компонент) е малка. Стареене или повреди от влага увеличават резистивния утечен ток, но малки проблеми не причиняват очевидно увеличение, затруднявайки своевременното откриване на опасности и заплашвайки безопасността на железопътната мрежа. Следователно са необходими анализ и методи за резистивен ток (компенсация, общ утечен ток, трета хармоника).

За подобряване на безопасността, е проектирана комплексна единица за мониторинг на утечката ток (принцип в фигура 1). Тя мониторира онлайн множество гасители, проследявайки параметри като утечен ток. При включване, инициализира, извършва циклични проверки на сензорите, коригира грешки незабавно и качва данни към сървъри чрез 5G за дистанционен мониторинг.

3 Реализация на системата за мониторинг на гасителите на вълните в GIS кабинети на 10кВ подстанции

Под ръководството на принципа на мониторинга, системата е проектирана и реализирана. Всяка подсистема за онлайн мониторинг на гасителите на вълните предава данни към вътрешната система на подстанцията. Тя може да събира параметри, включително брой операции на гасителите, утечен ток, отметки на времето на операциите (точно до секунда) и върховен разряден ток по време на операциите.

Гасителите на вълните използват сензори за утечен ток с преминаващо ядро, за да придобият сигнали на общия ток. Тези сигнали се обработват чрез Бързо Фурие Преобразуване (FFT) – ефективен алгоритъм, който намалява изчислителната сложност, докато позволява бързо изчисление на Фурие преобразуванията и техните обратни, правейки го незаменим математически инструмент в електроенергийните системи. FFT декомпозира сигналите на тока, за да идентифицира хармонични компоненти и анализира хармоники, базирани на честота.

GIS в 10кВ подстанции страда от сериозна загрязнение от трета хармоника, което увеличава загубите в системата, повишава товара и влошава мониторинга на гасителите – заплашвайки безопасността и стабилността на електроенергийната система на високоскоростния железопътен транспорт. Следователно, системата използва метода на трета хармоника: анализ на „трета хармоника“ данни (три пъти фундаменталната честота 50Hz), декомпозирани чрез FFT. Интегрираната единица за мониторинг се свързва с сензорите на гасителите чрез RS485 интерфейси, позволявайки събиране на данни от до 32 гасителя на комутатори.

3.1 Предаване на данни и интелигентен анализ

Интегрираната единица за мониторинг използва модул за комуникация 5G, за да предава бързо данни за детекцията към облачната платформа. Платформата анализира състоянието на операциите на гасителите, активира аларми за аномалии и периодично качва данни. Автоматизиран анализ на данните генерира препоръки – например, своевременна замяна на гасителите или прогнози за жизнения цикъл. Системата за събиране поддържа планирани качвания на данни и активни качвания по време на аномалии (както е показано на фигура 2).

3.2 Операция и управление на системата

След имплементация, единицата обработва общия ток, третата хармоника и данни за операции, за да изчисли общия ток, резистивния ток и информация за операции – предадена към облака чрез 5G. Облачната платформа показва криви на жизнения цикъл на гасителите и аларми за действия, позволявайки реално време мониторинг на жизнения цикъл и операции. Софтуерът за задна част на подстанцията съхранява всички данни за детекция, с конфигурируеми честоти/времена за дневни качвания. Ако утечният ток надхвърли 10% от базовата линия, системата активира аларми.

Ключовите технически параметри са зададени както в таблица 1. Системата за мониторинг е инсталирана и функционира, с дебъгване, подготвен за графиките за поддръжка на оборудването. Тя постига управление на жизнения цикъл на гасителите, реално време мониторинг и подобрява ефективността на поддръжката – повишавайки стандартите за управление на електроенергийната система.

4 Заключение

Реално време системата за мониторинг на работното състояние на гасителите на вълните в GIS кабинети на 10кВ подстанции предава събрани данни към задна част на системата за мониторинг чрез 5G безжична передача. Едновременно, в задната част на системата за мониторинг, се генерират криви на промени в жизнения цикъл на гасителите и известия за аларми за действия, позволявайки реално време овладяване на условията на жизнения цикъл и операционните състояния на гасителите.

Проектирането и имплементацията на тази система подобряват точността на мониторинга на операциите на гасителите на вълните в GIS кабинети на 10кВ подстанции, намаляват разходите за поддръжка и предотвратяват големи аварии. Освен това, тя подобрява електроенергийната безопасност за операцията на високоскоростния железопътен транспорт.