Reāllaika uzraudzība pārstrāvas aizsargiem 10kV GIS šķīvēs: Palielinājot dzelzceļa elektrotīkla drošību

1 Pētījuma fons

Metāla - oksīda vairošanas apgaismojumi, kas ir uzsargāti kabinetos, nepārtraukti nes sistēmas spriegumu, riskējot ar novecošanas bojājumiem, pat iznīcināšanu/vieglu sprādzienus, kas var izraisīt elektriskos ugunsgrēkus. Tādēļ, regulāra pārbaude/uzturēšana ir nepieciešama. Parastais 3–5 gadu cikls detektācijai (elektrības atslēgšana, apgaismojumu noņemšana testiem; atjaunošana, ja tiek aizvietoti) rada drošības riskus un saskaras ar telpas/vides standarta ievērošanas grūtībām.

2 10kV GIS kabineta vairošanas apgaismojumu monitorings

Lai nodrošinātu augstas ātruma dzelzceļa drošību, ļautu reāllaikā monitorēt 10kV GIS kabineta apgaismojumu, novērtētu darbības laiku un laicīgi aizstātu beigušos, ir būtiski izstrādāt monitoringu sistēmu.

Normālajā GIS kabineta darbībā apgaismojumi parāda augstu impedanci; pie zemes strāvas bojājumiem tie izplūst enerģiju, bet ātri atjauno augsto impedanci, lai bloķētu zemes strāvu. Parasti trīciņstrāva (desmitiem mA, aptuveni 10mA rezistīvā komponente) ir maza. Novecošana vai mitruma kaitējums palielina rezistīvo trīciņstrāvu, taču mazi problēmas rada neatzīstamas pieauguma izmaiņas, kas traucē laicīgam bīstamības noteikšanai un draud dzelzceļa drošībai. Tādēļ, ir nepieciešama rezistīvās strāvas analīze un metodes (kompenzācija, kopējā trīciņstrāva, trešā harmonika).

Lai palielinātu drošību, tika izstrādāts visaptverošs trīciņstrāvas monitoringa vienības dizains (princips redzams Attēlā 1). Tas monitorē daudzus apgaismojumus tiešsaistē, sekot līdzi parametriem, piemēram, trīciņstrāvai. Uzsākot, tas inicializē, veic sensoru pārbaudes, rīkojas pret kļūdām un datu pārsūta serveriem caur 5G, lai nodrošinātu attālinātu monitoringu.

3 10kV pārvadājumu stacijas GIS kabinetu vairošanas apgaismojumu monitoringa sistēmas realizācija

Pielāgojoties monitoringa principiem, sistēma tika izstrādāta un īstenota. Katrs tiešsaistes vairošanas apgaismojumu monitoringa apakšsistēmas pārsūta datus iekšējā pārvadājumu stacijas sistēmā. Tā var apkopot parametrus, tostarp apgaismojumu darbības skaitu, trīciņstrāvu, darbības laika žetoni (precīzi līdz sekundēm) un maksimālo izplūstīšanas strāvu darbības laikā.

Vairošanas apgaismojumi izmanto caurumbes nulles flukss trīciņstrāvas sensorus, lai iegūtu kopējo strāvas signālus. Šiem signāliem tad tiek veikta Ātrā Furjē transformācija (FFT) – efektīvs algoritms, kas samazina aprēķināšanas sarežģītību, ļaujot ātri aprēķināt Furjē transformācijas un to inverses, padarot to par nepieciešamu matemātisko rīku enerģijas sistēmās. FFT sadala strāvas signālus, lai identificētu harmoniskos komponentus un analizētu frekvences balstītas harmoniskas.

10kV pārvadājumu stacijās GIS cieš no smaga trešās harmoniskas piesārņojuma, kas palielina sistēmas zaudējumus, paaugstinā to slodzes un kaitē apgaismojumu monitoringam – apdraudot dzelzceļa enerģijas sistēmas drošību un stabilitāti. Tādēļ, sistēma izmanto trešās harmoniskas metodi: analizē “trešās harmoniskas” datus (trīs reizes 50Hz pamatfrekvence), ko sadala FFT. Integrētā monitoringa vienība savienojas ar apgaismojumu sensoriem caur RS485 saskari, ļaujot iegūt datus no līdz 32 pārslēgumu apgaismojumiem.

3.1 Datu pārsūtīšana un gudra analīze

Integrētā monitoringa vienība izmanto 5G komunikācijas moduli, lai ātri pārsūtītu detektācijas datus mākoņplatformai. Platforma analizē apgaismojumu darbības statusus, aktivizē brīdinājumus par anomalijām un periodiski pārsūta datus. Automātiska datu analīze ģenerē ieteikumus, piemēram, laicīgu apgaismojumu aizstāšanu vai dzīveslaika prognozes. Iegūšanas sistēma atbalsta plānoto datu pārsūtīšanu un aktīvu pārsūtīšanu anormalajās situācijās (kā redzams Attēlā 2).

3.2 Sistēmas darbība un pārvalde

Pēc realizācijas vienība apstrādā kopējo strāvu, trešās harmoniskas un darbības datus, lai aprēķinātu kopējo strāvu, rezistīvo strāvu un darbības informāciju, ko pārsūta mākoņplatformai caur 5G. Mākoņplatforma parāda apgaismojumu dzīveslaika līknes un darbības brīdinājumus, ļaujot reāllaikā monitorēt dzīveslaiku un darbības. Pārvadājumu stacijas aizmugure software saglabā visus detektācijas datus, ar konfigurējamām ikdienu pārsūtīšanas biežumiem/timingiem. Ja trīciņstrāva pārsniedz 10% no pamatvērtības, sistēma aktivizē brīdinājumus.

Galvenie tehniskie parametri ir iestatīti kā Tabulā 1. Monitoringa sistēma ir instalēta un funkcionē, ar debesīšanu, kas sakārtota saskaņā ar iekārtu uzturēšanas grafikiem. Tā sasniedz apgaismojumu dzīveslaika pārvaldību, reāllaika monitoringu un uzlabo uzturēšanas efektivitāti – paaugstinot enerģijas sistēmu pārvaldības standartus.

4 Secinājumi

Reāllaikā monitorējoša sistēma 10kV pārvadājumu staciju GIS kabinetu vairošanas apgaismojumu darbības statusam pārsūta iegūtos datus aizmugures monitoringa sistēmai caur 5G bezvadu pārsūtīšanu. Meantime, aizmugures monitoringa sistēmā tā ģenerē apgaismojumu dzīveslaika maiņas līknes un darbības brīdinājumu paziņojumus, ļaujot reāllaikā uztvert apgaismojumu dzīveslaika stāvokli un darbības statusus.

Šīs sistēmas izstrāde un realizācija uzlabo 10kV pārvadājumu staciju GIS kabinetu vairošanas apgaismojumu darbības monitoringa precizitāti, samazina uzturēšanas izmaksas un novērš lielus negadījumus. Turklāt, tā uzlabo enerģijas drošību augstas ātruma dzelzceļa darbībai.