Pagsusuri sa Real-Time ng Surge Arresters sa 10kV GIS Cubicles: Paghahanda sa Kaligtasan ng Sistema ng Paggamit ng Kuryente sa Riles

1 Panoorin sa Background ng Pag-aaral

Ang mga metal-oxide surge arresters na naka-seal sa mga cabinet ay patuloy na nagdudala ng system voltage, na may panganib ng pagtanda at pagkasira, kahit pa hanggang sa pagputok o pag-explode na maaaring magresulta sa electrical fire. Dahil dito, kinakailangan ang regular na inspeksyon at pangangalaga. Ang tradisyonal na pagmamatyag na may siklo ng 3-5 taon (na nangangailangan ng pagkutit ng kapangyarihan, pag-alis ng arrester para sa mga pagsusulit; at pag-install muli kung kinakailangan) ay nagbabahala ng mga panganib sa kaligtasan at nagtatagpo ng mga hirap sa pagkuha ng mga pamantayan batay sa espasyo at kapaligiran.

2 Prinsipyong Paggamit ng Paghahanap ng 10kV GIS Cabinet Surge Arrester

Upang matiyak ang kaligtasan ng high-speed railway, magbigay ng real-time monitoring sa status ng 10kV GIS cabinet arrester, hatulan ang habang-buhay ng serbisyo, at agad na palitan ang mga lumang arrester, mahalaga ang pagbuo ng isang sistema ng pag-monitor.

Sa normal na operasyon ng GIS cabinet, ang mga arrester ay nagpapakita ng mataas na impeksya; sa panahon ng grounding fault, sila ay nagrerelease ng enerhiya at agad na bumabalik sa mataas na impeksya upang mapigilan ang ground current. Sa normal, ang leakage current (tens of mA, ~10mA resistive component) ay maliliit. Ang pagtanda o pinsala dahil sa moisture ay nagpapataas ng resistive leakage current, ngunit ang mga maliit na isyu ay hindi nagbibigay ng malinaw na pagtaas, na nagpapahirap sa pagtukoy ng mga panganib at nagbabanta sa kaligtasan ng railway. Dahil dito, kailangan ang analisis ng resistive current at mga pamamaraan (compensation, total leakage current, third-harmonic).

Upang itaas ang kaligtasan, ginawa ang isang comprehensive unit ng leakage-current-monitoring (prinsipyo sa Figure 1). Ito ay nagmomonitor ng maraming arrester online, sumusunod sa mga parameter tulad ng leakage current. Kapag naka-on, ito ay nagsisimula, nagc-cycle ng sensor checks, nagreresponde agad sa mga error, at nag-upload ng data sa mga server gamit ang 5G para sa remote monitoring.

3 Pagpapatupad ng Sistema ng Paghahanap sa Surge Arresters sa GIS Cubicles ng 10kV Substations

Batay sa prinsipyo ng paghahanap, ang sistema ay idisenyo at ipinapatupad. Ang bawat subsystem ng online surge arrester monitoring ay nagpapadala ng data sa internal substation system. Ito ay maaaring kumolekta ng mga parameter tulad ng bilang ng operasyon ng arrester, leakage current, timestamp ng operasyon (nakatatak sa segundo), at peak discharge current sa panahon ng operasyon.

Ang mga surge arrester ay gumagamit ng through-core zero-flux leakage current sensors upang makakuha ng mga total current signals. Ang mga signal na ito ay dadaan sa Fast Fourier Transform (FFT) - isang epektibong algoritmo na binabawasan ang computational complexity habang nagbibigay ng mabilis na pagkalkula ng Fourier transforms at kanilang inverses, kaya't ito ay isang napakahalagang mathematical tool sa power systems. Ang FFT ay nagdekompose ng mga current signals upang matukoy ang mga harmonic components at analisin ang frequency-based harmonics.

Ang GIS sa 10kV substations ay nakakaranas ng malubhang third-harmonic pollution, na nagdudulot ng pagtaas ng system losses, nagpapataas ng load, at nagpapahina sa pag-monitor ng arrester - na nagbabanta sa kaligtasan at estabilidad ng railway power system. Dahil dito, ang sistema ay gumagamit ng third-harmonic method: pag-aanalisa ng "third-harmonic" data (tatlumpu beses ang 50Hz fundamental frequency) na dinidecompose gamit ang FFT. Ang integrated monitoring unit ay konektado sa mga arrester sensors sa pamamagitan ng RS485 interfaces, na nagbibigay ng kakayahan na kumolekta ng data mula sa hanggang 32 switchgear arresters.

3.1 Data Transmission at Smart Analysis

Ang integrated monitoring unit ay gumagamit ng 5G communication module upang mabilis na magpadala ng detection data sa cloud platform. Ang platform ay nag-aanalisa ng estado ng operasyon ng arrester, nag-trigger ng alarm para sa mga anomaly, at regular na nag-upload ng data. Ang automated data analysis ay nagbibigay ng rekomendasyon - halimbawa, agad na pagpalit ng arrester o paghula ng buhay. Ang acquisition system ay sumusuporta sa scheduled data uploads at active uploads sa panahon ng mga anomaly (tulad ng ipinapakita sa Figure 2).

3.2 Paggamit at Pamamahala ng Sistema

Pagkatapos ng pag-implement, ang unit ay nagproseso ng total current, third-harmonic, at data ng operasyon upang kalkulahin ang total current, resistive current, at impormasyon ng operasyon - na inililipat sa cloud via 5G. Ang cloud platform ay nagpapakita ng lifecycle curves ng arrester at action alarms, na nagbibigay ng real-time monitoring ng lifecycle at operasyon. Ang substation backend software ay nagsasagawa ng lahat ng detection data, na may configurable daily upload frequencies/timings. Kung ang leakage current ay lumiit ng higit sa 10% ng baseline, ang sistema ay nag-trigger ng alarm.

Ang mga pangunahing teknikal na parameter ay itinakda bilang sa Table 1. Ang sistema ng pag-monitor ay na-install at operational, na may debugging na aligned sa schedule ng maintenance ng equipment. Ito ay natatamo ang pag-manage ng buhay ng arrester, real-time monitoring, at itinaas ang efficiency ng maintenance - na itinaas ang pamantayan ng pag-manage ng power system.

4 Kasunod

Ang real-time monitoring system para sa estado ng operasyon ng mga surge arrester sa GIS cubicles ng 10kV substations ay nagpapadala ng nakuhaang data sa backend monitoring system gamit ang 5G wireless transmission. Samantalang, sa backend monitoring system, ito ay nag-genera ng mga kurba ng pagbabago ng buhay ng arrester at notification ng alarm para sa operasyon ng arrester, na nagbibigay ng real-time na pagkamahal ng kondisyon ng buhay ng arrester at estado ng operasyon.

Ang disenyo at implementasyon ng sistema na ito ay nagpapataas ng accuracy ng monitoring ng operasyon ng mga surge arrester sa GIS cubicles ng 10kV substations, binabawasan ang mga gastos sa maintenance, at nagpapahinto ng mga malaking aksidente. Bukod dito, ito ay nagpapataas ng seguridad ng kapangyarihan para sa operasyon ng high-speed railways.