Временная мониторинг грозозащитных устройств в ячейках ГИС 10 кВ: повышение безопасности системы электроснабжения железных дорог

1 Исследовательский фон

Металлооксидные ограничители перенапряжения, запечатанные в шкафы, постоянно подвергаются системному напряжению, что создает риск старения и отказов, включая разрушения и взрывы, которые могут вызвать пожары. Поэтому необходим регулярный осмотр и обслуживание. Традиционная проверка с циклом 3-5 лет (отключение питания, удаление ограничителя для тестирования; повторная установка, если заменяется) представляет собой риски безопасности и сталкивается с трудностями соблюдения стандартов, связанных с пространством и окружающей средой.

2 Принцип мониторинга ограничителя перенапряжения 10 кВ GIS шкафа

Для обеспечения безопасности высокоскоростных железных дорог, возможности реального времени мониторинга состояния ограничителей перенапряжения 10 кВ GIS шкафа, оценки срока службы и своевременной замены истекших, необходимо разработать систему мониторинга.

В нормальном режиме работы GIS шкафа, ограничители перенапряжения имеют высокое сопротивление; при заземлении они выпускают энергию, а затем быстро восстанавливают высокое сопротивление, чтобы блокировать ток заземления. Обычно утечка тока (десятки мА, около 10 мА резистивной составляющей) незначительна. Старение или повреждение влагой увеличивает резистивную утечку тока, но небольшие проблемы приводят к незаметным увеличениям, затрудняя своевременное обнаружение опасностей и угрожая безопасности железнодорожного пути. Поэтому необходим анализ резистивного тока и методы (компенсация, общая утечка тока, третья гармоника).

Для повышения безопасности спроектирован комплексный модуль мониторинга утечки тока (принцип показан на рисунке 1). Он осуществляет онлайн-мониторинг нескольких ограничителей, отслеживая параметры, такие как утечка тока. При включении питания он инициализируется, выполняет циклическую проверку датчиков, оперативно устраняет ошибки и загружает данные на серверы через 5G для удаленного мониторинга.

3 Реализация системы мониторинга ограничителей перенапряжения в GIS шкафах 10 кВ подстанций

На основе принципа мониторинга система была спроектирована и внедрена. Каждая подсистема онлайн-мониторинга ограничителей перенапряжения передает данные внутренней системе подстанции. Она может собирать параметры, включая количество операций ограничителя, утечку тока, временные метки операций (точность до секунды) и пиковый ток разрядки во время операций.

Ограничители перенапряжения используют датчики утечки тока с нулевым потоком через сердечник для получения сигналов полного тока. Эти сигналы затем подвергаются быстрому преобразованию Фурье (FFT) — эффективному алгоритму, который снижает вычислительную сложность, позволяя быстро вычислять преобразования Фурье и их обратные, делая его незаменимым математическим инструментом в энергетических системах. FFT разлагает сигналы тока, чтобы идентифицировать гармонические компоненты и анализировать гармоники по частотам.

GIS в 10 кВ подстанциях страдает от серьезного загрязнения третьей гармоникой, которое увеличивает потери системы, повышает нагрузку и ухудшает мониторинг ограничителей — угрожая безопасности и стабильности энергетической системы железнодорожного пути. Поэтому система использует метод третьей гармоники: анализ данных "третьей гармоники" (трижды 50 Гц основной частоты), разложенных через FFT. Интегрированный модуль мониторинга подключается к датчикам ограничителей через интерфейсы RS485, что позволяет собирать данные с до 32 ограничителей в распределительных устройствах.

3.1 Передача данных и интеллектуальный анализ

Интегрированный модуль мониторинга использует модуль связи 5G для быстрой передачи данных обнаружения на облачную платформу. Платформа анализирует состояние работы ограничителей, генерирует тревоги при аномалиях и периодически загружает данные. Автоматизированный анализ данных генерирует рекомендации, например, своевременную замену ограничителей или прогнозы срока службы. Система сбора данных поддерживает запланированную загрузку данных и активную загрузку при аномалиях (как показано на рисунке 2).

3.2 Эксплуатация и управление системой

После внедрения модуль обрабатывает полный ток, третью гармонику и данные работы, чтобы рассчитать полный ток, резистивный ток и информацию о работе, передаваемые в облако через 5G. Облачная платформа отображает кривые срока службы ограничителей и тревоги о действиях, что позволяет в реальном времени мониторить срок службы и работу. Заднее программное обеспечение подстанции хранит все данные обнаружения, с настраиваемыми частотами и временами ежедневной загрузки. Если утечка тока превышает 10% базового значения, система генерирует тревогу.

Ключевые технические параметры установлены, как указано в таблице 1. Система мониторинга установлена и функционирует, с отладкой, согласованной с графиком технического обслуживания оборудования. Она обеспечивает управление сроком службы ограничителей, мониторинг в реальном времени и повышение эффективности технического обслуживания, что повышает стандарты управления энергетическими системами.

4 Заключение

Система мониторинга в реальном времени состояния работы ограничителей перенапряжения в GIS шкафах 10 кВ подстанций передает собранные данные в заднюю часть системы мониторинга через беспроводную передачу 5G. В задней части системы мониторинга генерируются кривые изменения срока службы ограничителей и уведомления о тревогах, что позволяет в реальном времени отслеживать состояние срока службы и работу ограничителей.

Проектирование и внедрение этой системы повышают точность мониторинга работы ограничителей перенапряжения в GIS шкафах 10 кВ подстанций, снижают затраты на обслуживание и предотвращают крупные аварии. Кроме того, это улучшает энергетическую безопасность эксплуатации высокоскоростных железных дорог.