پیمانه‌های GIS 10kV میلی‌آمپر: افزایش ایمنی سیستم برق راه‌آهن با نظارت زنده بر دستگاه‌های محافظ در برابر تورم

1 پیشینه تحقیق

افساینده‌های فلز-اکسید که در قاب‌های بسته شده هستند، به طور مداوم ولتاژ سیستم را تحمل می‌کنند و احتمال خرابی ناشی از زوال یا حتی انفجار و آتش‌سوزی الکتریکی را دارند. بنابراین، نیاز به بازرسی و نگهداری منظم وجود دارد. روش تشخیص سنتی با دوره ۳-۵ ساله (قطع برق، حذف افساینده برای آزمون‌ها؛ نصب مجدد اگر جایگزین شد) خطرات ایمنی و مشکلات درک استانداردهای فضایی/محیطی را ایجاد می‌کند.

2 اصل نظارت بر افساینده کابینت GIS ۱۰kV

برای تضمین ایمنی راه‌آهن با سرعت بالا، نظارت زنده بر وضعیت افساینده کابینت GIS ۱۰kV، تعیین عمر مفید و جایگزینی به موقع آنهایی که منقضی شده‌اند، توسعه یک سیستم نظارتی ضروری است.

در عملیات عادی کابینت GIS، افساینده‌ها مقاومت بالایی نشان می‌دهند؛ در مواقع خرابی زمینی، آنها انرژی را آزاد می‌کنند و سپس به سرعت مقاومت بالا را برای مسدود کردن جریان زمینی بازیابی می‌کنند. معمولاً، جریان نشت (ده‌ها mA، تقریباً ۱۰mA مؤلفه مقاوم) بسیار کوچک است. زوال یا خسارت ناشی از رطوبت مؤلفه مقاوم جریان نشت را افزایش می‌دهد، اما مشکلات کوچک افزایش واضحی را ایجاد نمی‌کنند که مانع تشخیص به موقع خطرات و تهدید به ایمنی راه‌آهن می‌شود. بنابراین، نیاز به تجزیه و تحلیل جریان مقاوم و روش‌هایی (جبران، جریان کل نشت، هارمونیک سوم) وجود دارد.

برای افزایش ایمنی، یک واحد جامع نظارت بر جریان نشت طراحی شده (اصول در شکل ۱). این واحد چندین افساینده را آنلاین نظارت می‌کند و پارامترهایی مانند جریان نشت را ردیابی می‌کند. در زمان روشن شدن، آن را مقداردهی اولیه می‌کند، چرخه بررسی سنسورها را انجام می‌دهد، خطاهای رخ داده را به سرعت حل می‌کند و داده‌ها را از طریق ۵G به سرورها ارسال می‌کند تا نظارت از راه دور انجام شود.

3 اجرای سیستم نظارت بر افساینده‌ها در کابینت‌های GIS زیرстанسیون‌های ۱۰kV

با هدایت از اصول نظارت، سیستم طراحی و اجرا شده است. هر زیرسیستم نظارت آنلاین افساینده داده‌ها را به سیستم داخلی زیرستانس ارسال می‌کند. آن می‌تواند پارامترهایی مانند تعداد عملیات افساینده، جریان نشت، زمان‌های عملیات (دقیق تا ثانیه)، و جریان تخلیه اوج در طول عملیات را جمع‌آوری کند.

افساینده‌ها از سنسورهای جریان نشت صفر فلو با هسته عبوری برای کسب سیگنال‌های جریان کل استفاده می‌کنند. این سیگنال‌ها سپس تحت تبدیل فوریه سریع (FFT) - یک الگوریتم کارآمد که پیچیدگی محاسباتی را کاهش می‌دهد و محاسبه سریع تبدیل فوریه و معکوس آن را ممکن می‌سازد، یک ابزار ریاضی ضروری در سیستم‌های برق است. FFT سیگنال‌های جریان را تجزیه می‌کند تا مؤلفه‌های هارمونیک را شناسایی و تجزیه و تحلیل هارمونیک‌های مبتنی بر فرکانس را انجام دهد.

GIS در زیرستانس‌های ۱۰kV با آلودگی شدید هارمونیک سوم مواجه است که از دست دادهای سیستم، بارهای سیستم و نظارت بر افساینده را افزایش می‌دهد - تهدیدی برای ایمنی و پایداری سیستم برق راه‌آهن است. بنابراین، سیستم از روش هارمونیک سوم استفاده می‌کند: تجزیه داده‌های "هارمونیک سوم" (سه برابر فرکانس اساسی ۵۰Hz) از طریق FFT. واحد نظارت یکپارچه از طریق رابط‌های RS485 به سنسورهای افساینده متصل می‌شود و اجازه می‌دهد تا داده‌های تا ۳۲ افساینده از تجهیزات سوئیچ را جمع‌آوری کند.

3.1 انتقال داده و تحلیل هوشمند

واحد نظارت یکپارچه از ماژول ارتباطات ۵G برای انتقال سریع داده‌های تشخیصی به پلتفرم ابری استفاده می‌کند. پلتفرم وضعیت عملیات افساینده را تحلیل می‌کند، هشدارهای ناهماهنگی را فعال می‌کند و به طور منظم داده‌ها را آپلود می‌کند. تحلیل خودکار داده‌ها پیشنهاداتی مانند جایگزینی به موقع افساینده یا پیش‌بینی‌های چرخه عمر ایجاد می‌کند. سیستم جمع‌آوری داده‌ها از آپلود برنامه‌ریزی شده و آپلود فعال در مواقع ناهماهنگی (همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است) پشتیبانی می‌کند.

3.2 عملیات و مدیریت سیستم

پس از اجرا، واحد جریان کل، هارمونیک سوم و داده‌های عملیاتی را پردازش می‌کند تا جریان کل، جریان مقاوم و اطلاعات عملیاتی را محاسبه کند - از طریق ۵G به ابر ارسال می‌شود. پلتفرم ابری منحنی‌های چرخه عمر افساینده و هشدارهای عملیاتی را نمایش می‌دهد و امکان نظارت زنده بر چرخه عمر و عملیات را فراهم می‌کند. نرم‌افزار پشتیبانی زیرستانس تمام داده‌های تشخیصی را ذخیره می‌کند و فرکانس‌ها و زمان‌های آپلود روزانه قابل تنظیم هستند. اگر جریان نشت بیش از ۱۰٪ پایه باشد، سیستم هشدار می‌دهد.

پارامترهای فنی کلیدی مانند جدول ۱ تنظیم شده‌اند. سیستم نظارت نصب و عملیاتی شده و بازرسی‌ها با برنامه‌های نگهداری تجهیزات هماهنگ می‌شوند. این سیستم مدیریت چرخه عمر افساینده، نظارت زنده و بهبود کارایی نگهداری را به دست می‌آورد - استانداردهای مدیریت سیستم برق را ارتقا می‌بخشد.

4 نتیجه‌گیری

سیستم نظارت زنده بر وضعیت عملیات افساینده‌ها در کابینت‌های GIS زیرستانس‌های ۱۰kV داده‌های جمع‌آوری شده را از طریق انتقال بی‌سیم ۵G به سیستم نظارت پشتیبانی ارسال می‌کند. در عین حال، در سیستم نظارت پشتیبانی، منحنی‌های تغییرات طول عمر افساینده و هشدارهای عملیاتی افساینده ایجاد می‌شوند که امکان نظارت زنده بر وضعیت طول عمر و عملیات افساینده را فراهم می‌کند.

طراحی و اجرای این سیستم دقت نظارت بر عملیات افساینده‌ها در کابینت‌های GIS زیرستانس‌های ۱۰kV را افزایش می‌دهد، هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد و حوادث بزرگ را جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، امنیت برق برای عملیات راه‌آهن با سرعت بالا را بهبود می‌بخشد.