10 kV GIS-pienoisasemien säteilytukien reaaliaikainen valvonta: Rautatieliikenteen sähköverkon turvallisuuden parantaminen

1 Tutkimuksen tausta

Metallioksidiparannuslaatikot, jotka on tiivisti suljettu laitteisiin, sijaitsevat jatkuvasti järjestelmän jännitealussa, mikä altistaa niitä ikääntymisvaaroille, jopa rikkoutumiselle tai räjähdykselle, jotka voivat aiheuttaa sähköpalon. Siksi säännöllinen tarkastus ja huolto ovat tarpeen. Perinteinen 3–5 vuoden välein toteutettava havainto (sähkökatkos, parannuslaitteen poisto testejä varten; uudelleenasennus, jos se korvataan) aiheuttaa turvallisuusriskiä ja kohtaa tila- ja ympäristöperustaisia standardien noudattamisen vaikeuksia.

2 10kV GIS laatikon parannuslaitteen valvonnan periaate

Nopeiden junayhteyksien turvallisuuden varmistamiseksi, 10kV GIS laatikon parannuslaitteen tilan reaaliaikaiseen valvontaan, sen käyttöajan arvioimiseen ja ajallaan vanhentuneiden laitteiden korvaamiseen on kehitetty valvontajärjestelmä.

Normaalissa toiminnassa GIS laatikon parannuslaitteet näyttävät suurta impedanssia; maavirheen aikana ne vapauttavat energiaa ja palautuvat nopeasti suurelle impedanssille estääkseen maasuun virran. Normaalisti leviävä virta (kymmeniä milliamperi, noin 10mA vastuuskomponentti) on pieni. Ikääntyminen tai kosteusvaurio lisää vastuusleakagevirtaa, mutta pienet ongelmat eivät aiheuta huomattavia kasvuja, mikä hankaloittaa ajoissa vaaran tunnistamista ja uhkaa rautatieinfrastruktuurin turvallisuutta. Siksi tarvitaan vastuusvirran analyysiä ja menetelmiä (kompensaatio, kokonaismääräinen leakagevirta, kolmannen harmonisen käyttö).

Turvallisuuden parantamiseksi on suunniteltu monipuolinen leviävän virran valvonta-asema (periaate kuvassa 1). Se valvoo useita parannuslaitteita verkossa, seuraamalla parametreja kuten leviävä virta. Kun se otetaan käyttöön, se alustautuu, käy sensoritarkistukset kiertorutiinissa, käsittelee virheitä välittömästi ja lähettää tiedot palvelimiin 5G:n kautta etävalvontaa varten.

3 10kV alihoidon GIS laatikoiden parannuslaitteiden valvontajärjestelmän toteuttaminen

Valvonnan periaatteiden mukaisesti järjestelmä on suunniteltu ja toteutettu. Jokainen verkossa oleva parannuslaitteen valvonta-alajärjestelmä lähettää dataa sisäiseen alihoidon järjestelmään. Se voi kerätä parametreja, kuten parannuslaitteen toimintamäärän, leviävän virran, toimintajälkijäännökset (sekuntitarkkuudella) ja huippulatausvirran toiminnan aikana.

Parannuslaitteissa käytetään läpimenovirtasensorit nollavirtaleakagevirtasensorit kerätäksemme kokonaisvirtasignaaleja. Nämä signaalit käsitellään nopealla Fourier-muunnoksella (FFT), tehokkaalla algoritmilla, joka vähentää laskennallista monimutkaisuutta ja mahdollistaa Fourier-muunnosten ja niiden käänteismuunnosten nopean laskemisen, tekeen siitä välttämättömän matemaattisen työkalun sähköjärjestelmissä. FFT hajoittaa virtasignaalit tunnistamaan harmoniset komponentit ja analysoida taajuusperusteisia harmonioita.

10kV alihoidossa on vakava kolmannen harmonisen saasteongelma, joka lisää järjestelmän häviöitä, nostaa kuormituksen tasoa ja heikentää parannuslaitteiden valvontaa – uhkaen rautatievoimalajärjestelmän turvallisuutta ja vakautta. Siksi järjestelmä hyödyntää kolmannen harmonisen menetelmää: FFT:n avulla hajotettujen "kolmannen harmonisen" tietojen (50Hz perusfrekvenssin kolminkertainen) analysointia. Yhdensuuntainen valvonta-asema yhdistyy parannuslaitteen sensoreihin RS485-liittimien kautta, mikä mahdollistaa datan keräämisen enintään 32 kytkentälaiteparannuslaitteelta.

3.1 Datan siirto ja älykäs analyysi

Yhdensuuntainen valvonta-asema käyttää 5G-viestintämoodulia nopeaksi datan lähettämiseksi pilvipalvelualustalle. Alusta analysoi parannuslaitteen toimintatilaa, aktivoi hälytyksiä epänormaaleja tilanteita varten ja lähettää dataa säännöllisesti. Automaattinen data-analyysi tuottaa suosituksia, kuten ajoitettua parannuslaitteen vaihtoa tai elinkaariennusteita. Havainnointijärjestelmä tukee ajoitetun datan lähettämistä ja aktiivista lähettämistä epänormaaleissa tilanteissa (kuten kuvassa 2).

3.2 Järjestelmän toiminta ja hallinta

Toteutuksen jälkeen yksikkö käsittelee kokonaisvirtaa, kolmannen harmonisen ja toimintadatan laskentaan, mukaan lukien kokonaisvirta, vastuusvirta ja toimintatiedot, jotka lähettää pilveen 5G:n kautta. Pilvipalvelualusta näyttää parannuslaitteen elinkaari-kaarioita ja toimintohälytyksiä, mahdollistaen reaaliaikaisen elinkaarin ja toiminnan valvonnan. Alihoidon taustajärjestelmässä oleva ohjelmisto tallentaa kaikki havainnointitiedot, ja päivittäiset lähetyshajontat ja -ajankohdat ovat määriteltävissä. Jos leviävä virta ylittää perusarvon 10%, järjestelmä aktivoi hälytyksen.

Avaintekniset parametrit on asetettu kuten taulukossa 1. Valvontajärjestelmä on asennettu ja toimintaan, ja virheidenkorjaus on ajoitettu laitteen huollon aikatauluun. Se saavuttaa parannuslaitteen elinkaarihoidon, reaaliaikaisen valvonnan ja parantaa huollon tehokkuutta – nostaa voiman järjestelmien hallinnan standardeja.

4 Johtopäätös

10kV alihoidon GIS laatikoiden parannuslaitteiden toimintatilan reaaliaikainen valvontajärjestelmä lähettää kerätyt tiedot taustajärjestelmän valvontajärjestelmään 5G:n kautta. Samalla taustajärjestelmässä luodaan parannuslaitteen elinkaari-kaaret ja hälytysilmoitukset parannuslaitteiden toiminnasta, mikä mahdollistaa reaaliaikaisen käsityksen parannuslaitteen elinkaari-olosta ja toimintatilasta.

Tämän järjestelmän suunnittelu ja toteutus parantavat 10kV alihoidon GIS laatikoiden parannuslaitteiden toiminnan valvonnan tarkkuutta, vähentävät huoltokustannuksia ja ehkäisevät vakavia onnettomuuksia. Lisäksi se parantaa nopeiden junayhteyksien toiminnan sähkövarmuutta.