Valós idejű figyelés a 10kV GIS szekrényekben lévő átmeneti feszültség-védőkön: A vasúti energiaellátási rendszer biztonságának növelése

1 Kutatási Háttér

A fém-oxid alapú ütővédelmi elemek, amelyek szigetelt zárókban találhatók, folyamatosan viselik a rendszer feszültségét, ami öregedési hibákat, sőt robbanásokat is okozhat, amelyek elektromos tűzöntöket eredményezhetnek. Ezért szükséges a rendszeres ellenőrzés és karbantartás. A hagyományos 3-5 éves ciklusú vizsgálat (áramkimaradás, ütővédelem levétele tesztelésre; újratelepítés, ha lecserélésre került) biztonsági kockázatokat jelent, valamint helyi és környezeti nehézségeket jelent a szabványok betartása szempontjából.

2 A 10kV GIS Szekrény Ütővédelmi Elemeinek Monitorozási Elve

A gyorsvasút biztonságának biztosítása, valamint a 10kV GIS szekrény ütővédelmi elemek állapotának valós idejű monitorozása, az élettartam megítélése, és a lejárt elemek időben történő cseréje érdekében egy monitorozó rendszer fejlesztése elengedhetetlen.

A normál működés során a GIS szekrény ütővédelmi elemei nagy ellenállást mutatnak; földkapcsolási hiba esetén energiát bocsájtak ki, majd gyorsan visszaállítják a nagy ellenállást, hogy blokkolják a földi áramot. Általánosságban a rezisztív áram (százas mA, ~10mA rezisztív komponens) apró. Az öregedés vagy a nedvesség károsodása növeli a rezisztív áramot, de kisebb problémák nem okoznak jelentős növekedést, ami akadályozza a korai veszély felismerését, és fenyegeti a vasúti biztonságot. Ezért szükséges a rezisztív áram elemzése és módszerei (kompenzáció, teljes rezisztív áram, harmadik harmonikus).

A biztonság növelése érdekében tervezünk egy átfogó rezisztív áram-monitorozó egységet (elv látóban 1. ábrán). Ez online módon több ütővédelmi elemet figyel, paramétereket, mint például a rezisztív áramot követve. Bekapcsolva inicializálódik, ciklikusan ellenőrzi a szenzorokat, rövidesen kezeli a hibákat, és adatokat küld a szervereknek 5G segítségével távoli monitorozáshoz.

3 A 10kV Almátrány GIS Szekrényeihez Tartozó Ütővédelmi Elemek Monitorozó Rendszerének Végrehajtása

A monitorozási elv irányításával a rendszer tervezésére és végrehajtására került sor. Minden online ütővédelmi elem monitorozó részrendszer adatokat továbbít a belső almátrányi rendszernek. Ez gyűjtheti az ütővédelmi elem működtetések számát, a rezisztív áramot, a működtetés időbélyegeit (másodpercenként pontosan), valamint a működtetés közben fellépő csúcspuszi áramot.

Az ütővédelmi elemek áthatár-széro fluxus rezisztív áram szenzorokat használnak a teljes áramjel megszerzésére. Ezek a jelek Fast Fourier Transformációt (FFT) -t, egy hatékony algoritmust mennek át, ami csökkenti a számítási bonyodalomot, miközben lehetővé teszi a Fourier transzformációk és inverzeik gyors kiszámítását, így alapvető matematikai eszközzé válik az energiarendszerekben. Az FFT felbontja az áramjeleket, hogy azonosítsa a harmonikus komponenseket, és elemzéseket végezzen a frekvencia-alapú harmonikusokon.

A 10kV almátrányok GIS-ben súlyos harmadik harmonikus szennyezést szenved, ami növeli a rendszer veszteségeit, emeli a terhelést, és hátrányosan befolyásolja az ütővédelmi elemek monitorozását - fenyegetve a gyorsvasút energiaellátásának biztonságát és stabilitását. Ezért a rendszer a harmadik harmonikus módszert alkalmazza: az FFT-n keresztül felbontott "harmadik harmonikus" adatok (háromszor a 50Hz alapfrekvencia) elemzését. Az integrált monitorozó egység RS485 interfészekkel csatlakozik az ütővédelmi elem szenzoraihoz, lehetővé téve legfeljebb 32 kapcsolóberendezési ütővédelmi elem adatgyűjtését.

3.1 Adatátvitel és Okos Analízis

Az integrált monitorozó egység 5G kommunikációs modult használ az adatok gyors továbbítására a felhőplatformra. A platform elemzi az ütővédelmi elem működési állapotát, riasztást generál a rendellenességekre, és rendszeresen feltölti az adatokat. Az automatikus adatelemzés ajánlásokat készít - például időben történő ütővédelmi elem cseréjét vagy élettartam-előrejelzéseket. Az adatszerzési rendszer támogatja a beütemezett adatfeltöltést és aktív feltöltést rendellenességek esetén (lásd 2. ábrát).

3.2 Rendszer Működése és Kezelése

A végrehajtás után az egység feldolgozza a teljes áram, a harmadik harmonikus, és a működési adatokat, hogy kiszámolja a teljes áramot, a rezisztív áramot, és a működési információkat - amelyeket 5G-on keresztül továbbít a felhőbe. A felhőplatform megjeleníti az ütővédelmi elem élettartam-görbéit és riasztásokat, lehetővé téve a valós idejű élettartam- és működési monitorozást. A háttérprogram az almátrányban minden detektálási adatot tárol, beállítható naponta történő feltöltési frekvenciákkal/időpontokkal. Ha a rezisztív áram meghaladja a bázisérték 10%-át, a rendszer riasztást generál.

A kulcsfontosságú technikai paraméterek beállítása a 1. táblázat szerint történik. A monitorozó rendszer telepítve van és működik, a hibaelhárítás a berendezések karbantartási ütemtervhez igazodik. Az ütővédelmi elem élettartam-kezelését, valós idejű monitorozást, és javított karbantartási hatékonyságot ér el - emellett magasabb színvonalú energiaszabályozást is biztosít.

4 Összefoglalás

A 10kV almátrány GIS szekrényeihez tartozó ütővédelmi elemek működési állapotának valós idejű monitorozó rendszere a gyűjtött adatokat 5G vezeték nélküli átvitel segítségével továbbítja a háttérbeli monitorozó rendszerhez. Ugyanakkor a háttérbeli monitorozó rendszerben generál élettartam-változási görbéket és riasztásokat az ütővédelmi elemek működésére vonatkozóan, lehetővé téve a valós idejű élettartam- és működési állapotok nyomon követését.

Ez a rendszer tervezése és végrehajtása javítja a 10kV almátrány GIS szekrényeihez tartozó ütővédelmi elemek működési monitorozásának pontosságát, csökkenti a karbantartási költségeket, és megelőzi a nagyobb baleseteket. Ezenkívül javítja a gyorsvasút működésének energiabiztonságát.