Monitorización en tempo real de paraugas de sobretensión en celas GIS de 10kV: Mellorando a seguridade do sistema eléctrico ferroviario

1 Antecedentes da investigación

Os pararrayos de óxido metálico, selados en armarios, soportan continuamente a tensión do sistema, ariscando fallos por envellecemento, incluso roturas/exploxións que poden causar incendios eléctricos. Polo tanto, é necesaria unha inspección/mantenimento regular. A detección tradicional en ciclos de 3-5 anos (corte de corrente, retirada do pararrayos para probas; reinstalación se se substitúe) supón riscos de seguridade e dificultades para asimilar estándares baseados no espazo/ambiente.

2 Principio de monitorización do pararrayos de armario GIS de 10kV

Para garantir a seguridade da ferrovia de alta velocidade, permitir a monitorización en tempo real do estado do pararrayos de armario GIS de 10kV, xulgar a vida útil e substituílo oportunamente, é imperativo desenvolver un sistema de monitorización.

No funcionamento normal do armario GIS, os pararrayos mostran unha impedancia alta; durante os fallos de terra, liberan enerxía e logo restablecen rapidamente a alta impedancia para bloquear a corrente de terra. Normalmente, a corrente de fuga (decenas de mA, ~10mA de compoñente resistivo) é pequena. O envellecemento ou o dano por humidade aumenta a corrente de fuga resistiva, pero os problemas menores causan aumentos non obvios, dificultando a detección oportuna dos perigos e ameazando a seguridade da ferrovia. Polo tanto, son necesarias a análise da corrente resistiva e os métodos (compensación, corrente total de fuga, terceira harmónica).

Para aumentar a seguridade, deseña unha unidade comprehensiva de monitorización de corrente de fuga (principio na Figura 1). Monitoriza varios pararrayos en liña, seguindo parámetros como a corrente de fuga. Ao encenderse, inicialízase, realiza comprobacións cíclicas de sensores, aborda erros de inmediato e envía datos aos servidores a través de 5G para monitorización remota.

3 Implementación do sistema de monitorización de pararrayos en cubículos GIS de subestacións de 10kV

Guiado polo principio de monitorización, diseña e implementa o sistema. Cada subsistema de monitorización en liña de pararrayos transmite datos ao sistema interno da subestación. Pode recopilar parámetros como o número de operacións do pararrayos, a corrente de fuga, marcas de tempo de operación (precisas ao segundo) e a corrente de descarga máxima durante as operacións.

Os pararrayos usan sensores de corrente de fuga de núcleo de paso cero para adquirir sinais de corrente total. Estes sinais entón suxeten a Transformada Rápida de Fourier (FFT), un algoritmo eficiente que reduce a complexidade computacional mentres permite o cálculo rápido de transformadas de Fourier e as súas inversas, facendo dela unha ferramenta matemática indispensable nos sistemas de enerxía. A FFT descompón os sinais de corrente para identificar os componentes harmónicos e analizar os harmónicos baseados na frecuencia.

O GIS nas subestacións de 10kV sufre unha forte contaminación de terceira harmónica, que aumenta as perdas do sistema, eleva as cargas e compromete a monitorización do pararrayos, ameazando a seguridade e estabilidade do sistema de enerxía da ferrovia. Polo tanto, o sistema adopta o método de terceira harmónica: analizando datos de "terceira harmónica" (tres veces a frecuencia fundamental de 50Hz) descompuestos a través de FFT. A unidade de monitorización integrada conecta cos sensores do pararrayos a través de interfaces RS485, permitindo a recopilación de datos de ata 32 pararrayos de interruptores.

3.1 Transmisión de datos e análise inteligente

A unidade de monitorización integrada usa un módulo de comunicación 5G para transmitir rapidamente os datos de detección á plataforma en nube. A plataforma analiza os estados de operación do pararrayos, dispara alarmas para anomalías e envía periodicamente datos. A análise automática de datos xera recomendacións, por exemplo, a substitución oportuna do pararrayos ou prediccións de ciclo de vida. O sistema de adquisición admite a carga programada de datos e a carga activa durante as anomalías (como se mostra na Figura 2).

3.2 Operación e xestión do sistema

Despois da implementación, a unidade procesa a corrente total, a terceira harmónica e os datos de operación para calcular a corrente total, a corrente resistiva e a información de operación, transmitidos á nube a través de 5G. A plataforma en nube presenta curvas de ciclo de vida do pararrayos e alarmas de acción, permitindo a monitorización en tempo real do ciclo de vida e a operación. O software de backend da subestación almacena todos os datos de detección, con frecuencias/horarios de carga diaria configurables. Se a corrente de fuga excede o 10% da base, o sistema dispara alarmas.

Os parámetros técnicos clave están establecidos como na Táboa 1. O sistema de monitorización está instalado e en funcionamento, coa depuración alineada coas programacións de manutención do equipo. Logra a xestión do ciclo de vida do pararrayos, a monitorización en tempo real e a mellora da eficiencia de manutención, elevando os estándares de xestión do sistema de enerxía.

4 Conclusión

O sistema de monitorización en tempo real do estado de operación dos pararrayos nos cubículos GIS das subestacións de 10kV transmite os datos recopilados ao sistema de monitorización de backend a través da transmisión inalámbrica 5G. Entretanto, no sistema de monitorización de backend, xera curvas de cambios de vida útil do pararrayos e notificacións de alarmas para as operacións do pararrayos, permitindo unha comprensión en tempo real das condicións de vida útil e os estados de operación do pararrayos.

O deseño e a implementación deste sistema melloran a precisión da monitorización da operación dos pararrayos nos cubículos GIS das subestacións de 10kV, reducen os custos de manutención e prevén accidentes graves. Ademais, melhora a seguridade energética para a operación da ferrovia de alta velocidade.