نظارت زنده بر محدودکننده‌های سریع در جعبه‌های GIS ۱۰kV: افزایش ایمنی سیستم برق راه‌آهن
1 پیشینه تحقیق
افساحات نوسانی معدنی-اکسید که در جعبه‌ها قرار دارند، به طور مداوم ولتاژ سیستم را تحمل می‌کنند و احتمال بروز خرابی‌های مربوط به پیری یا حتی شکست/انفجار که باعث آتش‌سوزی الکتریکی می‌شوند وجود دارد. بنابراین، نیاز به بازرسی و نگهداری منظم است. بررسی‌های سنتی با چرخه ۳ تا ۵ ساله (قطع برق، خارج کردن افساح برای آزمون‌ها؛ نصب مجدد در صورت جایگزینی) خطرات ایمنی را افزایش می‌دهد و با مشکلات فضایی و محیطی مواجه است.
2 اصل نظارت بر افساح نوسانی جعبه GIS 10kV
برای اطمینان از ایمنی راه‌آهن سریع‌السیر، امکان نظارت زنده بر وضعیت افساح جعبه GIS 10kV، تعیین عمر مفید و جایگزینی به موقع آنهایی که انقضا یافته‌اند، توسعه یک سیستم نظارتی ضروری است.
در عملیات عادی جعبه GIS، افساح‌ها مقاومت بالایی دارند؛ در حالت خطای زمینی، انرژی را آزاد می‌کنند و سپس به سرعت مقاومت بالا را بازیابی می‌کنند تا جریان زمینی را مسدود کنند. معمولاً، جریان نشت (ده‌ها میلی‌آمپر، تقریباً ۱۰ میلی‌آمپر جزء مقاوم) بسیار کوچک است. پیری یا آسیب‌دیدگی از رطوبت جریان نشت مقاومتی را افزایش می‌دهد، اما مشکلات کوچک افزایش واضحی ایجاد نمی‌کنند که تشخیص به موقع خطرات و تهدید به ایمنی راه‌آهن را مختل می‌کند. بنابراین، نیاز به تحلیل جریان مقاومتی و روش‌های (تعويض، جریان نشت کل، هارمونیک سوم) وجود دارد.
برای افزایش ایمنی، واحد جامع نظارت بر جریان نشت (اصل در شکل ۱) طراحی شده است. این واحد چندین افساح را آنلاین نظارت می‌کند و پارامترهایی مانند جریان نشت را ردیابی می‌کند. پس از روشن شدن، مقداردهی اولیه را انجام می‌دهد، چک‌های حسگر را چرخه‌ای انجام می‌دهد، خطاهای موجود را به سرعت رفع می‌کند و داده‌ها را از طریق 5G به سرورها ارسال می‌کند تا نظارت دوردست امکان‌پذیر باشد.
3 پیاده‌سازی سیستم نظارت بر افساح نوسانی در جعبه‌های GIS زیرстанسیون‌های 10kV
با هدایت از اصل نظارت، سیستم طراحی و پیاده‌سازی می‌شود. هر زیرسیستم نظارت آنلاین افساح نوسانی داده‌ها را به سیستم داخلی زیرستانس ارسال می‌کند. این سیستم می‌تواند پارامترهایی مانند تعداد عملکرد افساح، جریان نشت، زمان‌های عملکرد (دقیق تا ثانیه) و جریان تخلیه اوج در طول عملکرد را جمع‌آوری کند.
افساح‌ها از حسگرهای جریان نشت بدون فلوکس صفر با هسته عبوری برای کسب سیگنال‌های جریان کل استفاده می‌کنند. این سیگنال‌ها سپس با استفاده از تبدیل سریع فوریه (FFT) - یک الگوریتم کارآمد که پیچیدگی محاسباتی را کاهش می‌دهد و محاسبه سریع تبدیل‌های فوریه و معکوس آن‌ها را ممکن می‌سازد، یک ابزار ریاضی ضروری در سیستم‌های برق است. FFT سیگنال‌های جریان را تجزیه کرده و مولفه‌های هارمونیک و تحلیل هارمونیک‌های مبتنی بر فرکانس را شناسایی می‌کند.
GIS در زیرستانس‌های 10kV با آلودگی شدید هارمونیک سوم مواجه است که این آلودگی زیان‌های سیستم را افزایش می‌دهد، بار را افزایش می‌دهد و نظارت بر افساح را مختل می‌کند - که 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 50Hz) از طریق FFT. واحد نظارت جامع از طریق رابط‌های RS485 به حسگرهای افساح متصل می‌شود و قادر به جمع‌آوری داده‌ها از تا 32 افساح سوئیچ‌گیری است.
3.1 انتقال داده و تحلیل هوشمند
واحد نظارت جامع از ماژول ارتباطی 5G برای انتقال سریع داده‌های تشخیصی به پلتفرم ابری استفاده می‌کند. پلتفرم وضعیت عملکرد افساح‌ها را تحلیل می‌کند، هشدارهای ناهماهنگی را فعال می‌کند و به طور متناوب داده‌ها را بارگذاری می‌کند. تحلیل خودکار داده‌ها پیشنهاداتی مانند جایگزینی به موقع افساح یا پیش‌بینی عمر مفید ارائه می‌دهد. سیستم جمع‌آوری داده‌ها بارگذاری برنامه‌ریزی شده داده‌ها و بارگذاری فعال در مواقع ناهماهنگی (مانند آنچه در شکل 2 نشان داده شده است) را پشتیبانی می‌کند.
3.2 عملکرد و مدیریت سیستم
پس از پیاده‌سازی، واحد جریان کل، هارمونیک سوم و داده‌های عملکرد را پردازش کرده و جریان کل، جریان مقاومتی و اطلاعات عملکرد را محاسبه می‌کند - که از طریق 5G به ابر ارسال می‌شود. پلتفرم ابری منحنی‌های عمر مفید افساح و هشدارهای عملکرد را نمایش می‌دهد و نظارت زنده بر عمر مفید و وضعیت عملکرد امکان‌پذیر می‌شود. نرم‌افزار پشتیبانی زیرستانس تمام داده‌های تشخیصی را ذخیره می‌کند و فرکانس و زمان بارگذاری روزانه قابل تنظیم است. اگر جریان نشت بیش از ۱۰٪ مقدار پایه باشد، سیستم هشدار می‌دهد.
پارامترهای فنی کلیدی مطابق با جدول 1 تنظیم می‌شوند. سیستم نظارت نصب و عملیاتی شده است و رفع خطا با برنامه‌های نگهداری تجهیزات هماهنگ می‌شود. این سیستم مدیریت عمر مفید افساح، نظارت زنده و بهبود کارایی نگهداری را فراهم می‌کند - که استانداردهای مدیریت سیستم برق را ارتقا می‌بخشد.
4 نتیجه‌گیری
سیستم نظارت زنده بر وضعیت عملکرد افساح‌های نوسانی در جعبه‌های GIS زیرستانس‌های 10kV داده‌های جمع‌آوری شده را از طریq انتقال بی‌سیم 5G به سیستم نظارت پشتیبانی ارسال می‌کند. همزمان، در سیستم نظارت پشتیبانی، منحنی‌های تغییرات عمر مفید افساح و هشدارهای عملکرد افساح تولید می‌شوند که امکان نظارت زنده بر وضعیت عمر مفید و عملکرد افساح را فراهم می‌کند.
طراحی و پیاده‌سازی این سیستم دقت نظارت بر عملکرد افساح‌های نوسانی در جعبه‌های GIS زیرستانس‌های 10kV را افزایش می‌دهد، هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد و حوادث بزرگ را پیشگیری می‌کند. علاوه بر این، امنیت برق را برای عملکرد راه‌آهن‌های سریع‌السیر بهبود می‌بخشد.
