Stvarno praćenje naprava za zaštitu od prenapona u 10kV GIS kabinetima: Unapređivanje sigurnosti željezničkog sistema snabdijevanja električnom energijom

1 Prikaz istraživanja

Metal-oksidični zaštitni uređaji, zapečaćeni u ormarićima, neprekidno nose sustavnu napetost, što ih izlaguje riziku od starenja, čak i oštećenja ili eksplozija koje mogu uzrokovati električne požare. Stoga je potrebna redovita inspekcija i održavanje. Tradicionalna provjera na ciklus od 3-5 godina (isključivanje struje, uklanjanje zaštitnog uređaja za testiranje; ponovna instalacija ako se zamijeni) nosi s sobom rizike vezane za sigurnost i susreće se s teškoćama prilikom usvajanja standarda baziranih na prostoru i okruženju.

2 Princip nadzora zaštitnih uređaja u GIS ormarićima od 10kV

Da bi se osigurala sigurnost visokobrzih željeznica, omogućeno je u stvarnom vremenu praćenje stanja zaštitnih uređaja u GIS ormarićima od 10kV, ocjenjivanje vijeka trajanja i pravočasna zamjena isteklih, razvoj sustava nadzora postaje nužan.

Tijekom normalne operacije GIS ormarića, zaštitni uređaji pokazuju visoku impedanciju; tijekom grešaka pri spajanju na zemlju, oni ispuštaju energiju, a zatim brzo vraćaju visoku impedanciju kako bi blokirali strujni tok prema zemlji. Normalno, struja proklizavanja (desetak mA, ~10mA otporni dio) je vrlo mala. Starenje ili oštećenje vlagočuvanjem povećava otpornu struju proklizavanja, ali manji problemi uzrokuju nezamjetne poraske, što komplicira pravočasno otkrivanje opasnosti i prijeti sigurnosti željeznice. Stoga su potrebne analiza i metode otporne struje (kompenzacija, ukupna struja proklizavanja, treći harmonik).

Za poboljšanje sigurnosti dizajniran je kompleksni jedinica za nadzor struje proklizavanja (princip prikazan na Slici 1). On omogućuje online nadzor više zaštitnih uređaja, pratiti parametre poput struje proklizavanja. Kada se upali, inicijalizira, provodi ciklus pregleda senzora, pravočasno rješava greške i šalje podatke na poslužitelj putem 5G-a za udaljeni nadzor.

3 Implementacija sustava nadzora za zaštitne uređaje u GIS ormarićima 10kV pretvorbe

Pod uputstvom principa nadzora, sustav je dizajniran i implementiran. Svaki pod-sustav za online nadzor zaštitnih uređaja šalje podatke unutarnjem sustavu pretvorbe. Može prikupiti parametre uključujući broj radova zaštitnih uređaja, struju proklizavanja, vremenske oznake radova (točne do sekunde) i vrhunsku struju ispuštanja tijekom radova.

Zaštitni uređaji koriste senzore struje proklizavanja s nultim fluksom kroz jezgra kako bi prikupili signale ukupne struje. Ovi signali zatim podliježu Brzom Fourierovom transformaciji (FFT) - efikasnom algoritmu koji smanjuje složenost računanja dok omogućuje brzo računanje Fourierovih transformacija i njihovih inverza, čime postaje nezamjenjivi matematički alat u elektroenergetskim sustavima. FFT dekomponira signale struje kako bi identificirao harmoničke komponente i analizirao harmonike bazirane na frekvenciji.

GIS u 10kV pretvorbi trpi ozbiljnu treću harmoničku zagađenost, koja povećava gubitke sustava, povećava opterećenja i ometa nadzor zaštitnih uređaja - prijetići sigurnosti i stabilnosti strujnog sustava visokobrzih željeznica. Stoga sustav usvaja metod treće harmonike: analizu podataka "treće harmonike" (tristruka 50Hz osnovna frekvencija) dekomponiranih putem FFT. Integrirana jedinica nadzora povezuje se s senzorima zaštitnih uređaja putem RS485 sučelja, omogućujući prikupljanje podataka sa do 32 prekidača zaštitnih uređaja.

3.1 Prijenos podataka i pametna analiza

Integrirana jedinica nadzora koristi modul za komunikaciju 5G-a kako bi brzo prenosila podatke o detekciji na cloud platformu. Platforma analizira status radova zaštitnih uređaja, aktivira alarme za anomalije i redovito šalje podatke. Automatska analiza podataka generira preporuke - na primjer, pravočasna zamjena zaštitnog uređaja ili predviđanja vijeka trajanja. Sustav prikupljanja podataka podržava planirani prijenos podataka i aktivni prijenos tijekom anomalija (kao što je prikazano na Slici 2).

3.2 Rad i upravljanje sustavom

Nakon implementacije, jedinica obrađuje ukupnu struju, treću harmoniku i podatke o radu kako bi izračunala ukupnu struju, otpornu struju i informacije o radu - prenosi se na cloud putem 5G-a. Cloud platforma prikazuje krivulje vijeka trajanja zaštitnih uređaja i akcione alarme, omogućujući stvarno-vremenski nadzor vijeka trajanja i rada. Softver za pozadinsku stranu pretvorbe pohranjuje sve podatke o detekciji, s konfigurabilnim frekvencijama i vremenom dnevne slanje. Ako struja proklizavanja premaši 10% bazične vrijednosti, sustav aktivira alarme.

Ključni tehnički parametri su postavljeni kao u Tablici 1. Sustav nadzora je instaliran i funkcioniše, s ispitivanjem usklađenim s rasporedom održavanja opreme. Dosegu se upravljanje vijekom trajanja zaštitnih uređaja, stvarno-vremenski nadzor i poboljšana učinkovitost održavanja - podiže se standard upravljanja strujnim sustavom.

4 Zaključak

Sustav stvarno-vremenskog nadzora stanja rada zaštitnih uređaja u GIS ormarićima 10kV pretvorbe šalje prikupljene podatke pozadinskom sustavu nadzora putem bežičnog prijenosa 5G. U međuvremenu, u pozadinskom sustavu nadzora, generira se krivulja promjena vijeka trajanja zaštitnih uređaja i obavijesti o alarmima za radove zaštitnih uređaja, omogućujući stvarno-vremensko praćenje stanja vijeka trajanja i stanja rada zaštitnih uređaja.

Dizajn i implementacija ovog sustava poboljšavaju točnost nadzora rada zaštitnih uređaja u GIS ormarićima 10kV pretvorbe, smanjuju troškove održavanja i sprečavaju velike nesreće. Također, poboljšava sigurnost struje za rad visokobrzih željeznica.