Pemantauan Real-Time dari Penahan Lompatan pada Lemari GIS 10kV: Meningkatkan Keamanan Sistem Tenaga Kereta Api
1 Latar Belakang Penelitian
Pembatas lonjakan tegangan logam-oksida yang disegel dalam kabinet, terus-menerus menahan tegangan sistem, berisiko mengalami kegagalan akibat penuaan, bahkan kerusakan/ledakan yang menyebabkan kebakaran listrik. Oleh karena itu, inspeksi/pemeliharaan berkala diperlukan. Deteksi dengan siklus 3-5 tahun (pemutusan aliran listrik, penghapusan pembatas untuk uji; pemasangan kembali jika diganti) membawa risiko keselamatan dan menghadapi kesulitan dalam memahami standar berdasarkan ruang/lingkungan.
2 Prinsip Pemantauan Pembatas Lonjakan Tegangan Kabinet GIS 10kV
Untuk memastikan keselamatan kereta api cepat, memungkinkan pemantauan status pembatas kabinet GIS 10kV secara real-time, menilai umur layanan, dan mengganti yang sudah kedaluwarsa tepat waktu, pengembangan sistem pemantauan menjadi penting.
Dalam operasi normal kabinet GIS, pembatas menunjukkan impedansi tinggi; selama gangguan tanah, mereka melepaskan energi lalu segera kembali ke impedansi tinggi untuk mencegah arus tanah. Normalnya, arus bocor (puluhan mA, ~10mA komponen resistif) sangat kecil. Penuaan atau kerusakan akibat kelembaban meningkatkan arus bocor resistif, namun masalah kecil menyebabkan peningkatan yang tidak signifikan, menghalangi deteksi ancaman tepat waktu dan mengancam keselamatan kereta api. Oleh karena itu, analisis arus resistif dan metode (kompensasi, arus bocor total, harmonisa ketiga) diperlukan.
Untuk meningkatkan keselamatan, dirancanglah unit pemantauan arus bocor komprehensif (prinsip pada Gambar 1). Unit ini memantau beberapa pembatas online, melacak parameter seperti arus bocor. Saat dinyalakan, ia melakukan inisialisasi, memeriksa sensor secara berulang, menangani kesalahan dengan cepat, dan mengunggah data ke server melalui 5G untuk pemantauan jarak jauh.
3 Implementasi Sistem Pemantauan Pembatas Lonjakan Tegangan di Kubikel GIS Substasiun 10kV
Berdasarkan prinsip pemantauan, sistem ini dirancang dan diimplementasikan. Setiap sub-sistem pemantauan pembatas lonjakan tegangan online mentransmisikan data ke sistem internal substasiun. Sistem dapat mengumpulkan parameter termasuk jumlah operasi pembatas, arus bocor, cap waktu operasi (akurat hingga detik), dan arus pelepasan puncak selama operasi.
Pembatas lonjakan tegangan menggunakan sensor arus bocor zero-flux through-core untuk mendapatkan sinyal arus total. Sinyal-sinyal ini kemudian menjalani Transformasi Fourier Cepat (FFT) - algoritma efisien yang mengurangi kompleksitas komputasi sambil memungkinkan perhitungan cepat transformasi Fourier dan inversnya, menjadikannya alat matematika yang tak tergantikan dalam sistem tenaga listrik. FFT memecah sinyal arus untuk mengidentifikasi komponen harmonisa dan menganalisis harmonisa berbasis frekuensi.
GIS di substasiun 10kV mengalami polusi harmonisa ketiga yang parah, yang meningkatkan kerugian sistem, meningkatkan beban, dan mengganggu pemantauan pembatas - mengancam keselamatan dan stabilitas sistem tenaga listrik kereta api. Oleh karena itu, sistem mengadopsi metode harmonisa ketiga: menganalisis data "harmonisa ketiga" (tiga kali frekuensi dasar 50Hz) yang dipisahkan melalui FFT. Unit pemantauan terpadu terhubung ke sensor pembatas melalui antarmuka RS485, memungkinkan pengumpulan data dari hingga 32 pembatas switchgear.
3.1 Transmisi Data dan Analisis Cerdas
Unit pemantauan terpadu menggunakan modul komunikasi 5G untuk mentransmisikan data deteksi ke platform cloud dengan cepat. Platform menganalisis status operasi pembatas, memicu alarm untuk anomali, dan mengunggah data secara berkala. Analisis data otomatis menghasilkan rekomendasi - misalnya, penggantian pembatas tepat waktu atau prediksi siklus hidup. Sistem pengambilan mendukung unggahan data terjadwal dan unggahan aktif saat anomali (seperti ditunjukkan pada Gambar 2).
3.2 Operasi dan Manajemen Sistem
Setelah implementasi, unit memproses arus total, harmonisa ketiga, dan data operasi untuk menghitung arus total, arus resistif, dan informasi operasi - ditransmisikan ke cloud via 5G. Platform cloud menampilkan kurva siklus hidup pembatas dan alarm tindakan, memungkinkan pemantauan siklus hidup dan operasi secara real-time. Perangkat lunak backend substasiun menyimpan semua data deteksi, dengan frekuensi/waktu unggahan harian yang dapat dikonfigurasi. Jika arus bocor melebihi 10% dari baseline, sistem akan memicu alarm.
Parameter teknis kunci ditetapkan seperti pada Tabel 1. Sistem pemantauan dipasang dan beroperasi, dengan debugging sesuai dengan jadwal pemeliharaan peralatan. Sistem mencapai manajemen siklus hidup pembatas, pemantauan real-time, dan efisiensi pemeliharaan yang ditingkatkan - meningkatkan standar manajemen sistem tenaga listrik.
4 Kesimpulan
Sistem pemantauan real-time untuk status operasi pembatas lonjakan tegangan di kubikel GIS substasiun 10kV mentransmisikan data yang dikumpulkan ke sistem pemantauan backend melalui transmisi nirkabel 5G. Sementara itu, di sistem pemantauan backend, dibuat kurva perubahan usia pembatas dan notifikasi alarm untuk operasi pembatas, memungkinkan pemahaman real-time tentang kondisi usia dan status operasi pembatas.
Perancangan dan implementasi sistem ini meningkatkan akurasi pemantauan operasi pembatas lonjakan tegangan di kubikel GIS substasiun 10kV, mengurangi biaya pemeliharaan, dan mencegah kecelakaan besar. Selain itu, sistem ini juga meningkatkan keamanan tenaga listrik untuk operasi kereta api cepat.
