Реално време мониторинг на пращи во 10кВ GIS кабинети: Подобрување на безбедноста на железничкиот систем за енергија

1 Исследователски позадина

Метал-оксидни заштитни елементи, запечатани во шкафови, непрекинато се изложени на системска напонесност, со ризик од стареење, па дури и повреда или експлозии што можат да предизвикаат електрични пожари. Затоа е потребна редовна инспекција/одржуване. Традиционалната детекција со циклус од 3-5 години (исклучување на стрuja, отстранување на заштитниот елемент за тестови; повторно инсталирање ако се замени) претставува ризик за безбедноста и се соочува со тешкотии при грабнување на стандарди засновани на простор/окруженство.

2 Принцип на мониторинг на заштитен елемент во GIS шкафови на 10кВ

За да се осигура безопасноста на брзослезните железници, е неопходно да се овозможи реално време мониторинг на состојбата на заштитниот елемент во GIS шкафови на 10кВ, да се пресуди жизнената вредност и да се своевремено замени истечениот. Развој на систем за мониторинг е задолжителен.

При нормална работа на GIS шкафови, заштитните елементи покажуваат висока импеданса; при повреди на земја, испуштаат енергија, а потоа брзо се враќаат на висока импеданса за блокирање на токот до земја. Обично, изтецокот на ток (десетки mA, ~10mA резистивен компонент) е мала. Стареење или повреда од влага го зголемува резистивниот изтецок на ток, но малите проблеми предизвикуваат незаметни зголемувања, што ја затешкува своевремената детекција на опасности и заприрозува безопасноста на железницата. Затоа се потребни анализа на резистивниот ток и методи (компенсација, целостен изтецок на ток, трет хармоник).

За да се подобри безопасноста, дизајниран е комплексен јединичен модул за мониторинг на изтецокот на ток (принципот е прикажан на Слика 1). Овој модул онлайн мониторира повеќе заштитни елементи, следејќи параметри како што е изтецокот на ток. Кога се вклучи, иницијализира, извршува циклички проверки на сензорите, брзо ги решава грешките и пренесува податоци до серверите преку 5G за дистанционен мониторинг.

3 Реализација на системот за мониторинг на заштитни елементи во GIS шкафови на 10кВ подстанции

Под руководството на принципот на мониторинг, системот е дизајниран и реализиран. Секој подсистем за мониторинг на заштитни елементи онлайн пренесува податоци до внатрешниот систем на подстанцијата. Тој може да собира параметри како број на операции на заштитниот елемент, изтецок на ток, временски печати на операциите (точен до секунда), и врховен ток на разрядување во текот на операциите.

Заштитните елементи користат сензори за изтецок на ток преку жица со нулта флуксна лекота за собирање на сигналите на целостен ток. Овие сигнали потоа подлежат на Брза Фуриева трансформација (FFT) - ефикасен алгоритам кој го намалува комплекситетот на пресметката, додека овозможува брза пресметка на Фуриеви трансформации и нивните обратни, што го прави незаменим математички алатка во електроенергетските системи. FFT декомпонира сигналите на ток за идентификација на хармонички компоненти и анализа на фреквенција-основани хармоники.

GIS во 10кВ подстанции страда од тешка загаденост со трет хармоник, што ги зголемува загубите во системот, надиграва оптеретеноста и уште повредува мониторингот на заштитниот елемент - заприрозувајќи безопасноста и стабилноста на електроенергетскиот систем на железницата. Затоа системот прифаќа методот на трет хармоник: анализа на податоци за „трет хармоник“ (три пати побрз од основната фреквенција од 50Hz) декомпонирани преку FFT. Интегрираниот модул за мониторинг се поврзува со сензорите на заштитниот елемент преку RS485 интерфејси, што овозможува собирање на податоци од до 32 заштитни елементи во превключувачки апарати.

3.1 Трансмисија на податоци и интелигентна анализа

Интегрираниот модул за мониторинг користи модул за комуникација 5G за брза трансмисија на податоци за детекција до облак платформа. Платформата анализира состојбата на операциите на заштитниот елемент, активира аларми за аномалии и периодично ги пренесува податоците. Автоматизираната анализа на податоци генерира препораки - на пример, своевремена замена на заштитниот елемент или прогнози за жизнен циклус. Системот за собирање поддржува планирани преноси на податоци и активни преноси во текот на аномалии (како што е прикажано на Слика 2).

3.2 Операција и управување на системот

После имплементација, јединичниот модул процесира целостен ток, трет хармоник и податоци за операциите за пресметка на целостен ток, резистивен ток и информации за операции - пренесени до облак преку 5G. Облак платформата приказува криви на жизнен циклус и акција на аларми, овозможувајќи реално време мониторинг на жизнен циклус и операции. Софтверот на бекенд на подстанцијата чува сите податоци за детекција, со конфигурабилни фреквенции/времиња за дневни преноси. Ако изтецокот на ток надмине 10% од базната вредност, системот активира аларми.

Клучните технички параметри се поставени како во Табела 1. Системот за мониторинг е инсталиран и функционира, со отладување според распоредот за одржуване на опремата. Тој постигнува управување со жизнен циклус на заштитниот елемент, реално време мониторинг и подобрен ефикасност на одржуването - подигајќи стандардите на управување со електроенергетски систем.

4 Заклучок

Системот за реално време мониторинг на работната состојба на заштитни елементи во GIS шкафови на 10кВ подстанции пренесува собрани податоци до бекенд системот за мониторинг преку 5G безжична трансмисија. Меѓутоа, во бекенд системот за мониторинг, тој генерира криви на промени на животниот век на заштитните елементи и известувања за аларми за операциите на заштитните елементи, овозможувајќи реално време сфаќање на состојбата на животниот век и операциите на заштитните елементи.

Дизајнот и имплементацијата на овој систем подобрува точноста на мониторингот на операциите на заштитни елементи во GIS шкафови на 10кВ подстанции, намалуваат трошоците за одржуване и предотвратуваат големи несреќи. Повторно, тоа го подобрува електроенергетската безбедност за работа на брзослезните железници.