Neprekinjeno nadziranje varovalcev v 10kV GIS kabinetih: Povečanje varnosti železniškega električnega sistema

1 Raziskovalno ozadje

Metal-oksidski zaščitni preplavljači, zaprti v ohišjih, neprekinjeno nosijo sistemsko napetost, kar pomeni tveganje za staranje in morebitne odpade, celo eksplozije, ki lahko povzročijo električne požare. Zato je potrebna redna preverjanja/inšpekcija. Tradicionalna preverjanja v ciklu 3–5 let (odklop struje, odstranitev preplavljača za teste; ponovna namestitev, če je zamenjan) predstavljajo varnostna tveganja in so težko izvedljiva zaradi prostorskih in okoljskih pogojev.

2 Načelo nadzora 10kV GIS ohišnega preplavljača

Za zagotavljanje varnosti hitrih železnic in omogočanje hiter nadzor stanja 10kV GIS ohišnega preplavljača, ocenjevanje življenjske dobe in pravočasno zamenjava iztekelih preplavljačev, je nujno razviti sistem nadzora.

Med normalnim delovanjem GIS ohišja imajo preplavljači visok upor; ob povezavi z zemljo sproščajo energijo in se kmalu ponovno vrnejo na visok upor, da preprečijo pretok skozi zemljo. Običajno je pretok (desetine mA, ~10mA uporna komponenta) zanemarljiv. Staranje ali škoda zaradi vlage poveča uporni pretok, vendar manjše težave ne povzročijo opazne povečave, kar ovira pravočasno zaznavanje nevarnosti in ogroža varnost železnice. Zato je potrebna analiza upornega toka in metode (popravilo, skupni pretok, tretji harmonični ton).

Za povečanje varnosti je bil razvit celosten enotni sistem za nadzor pretoka (načelo prikazano na Sliki 1). Ta sistem sledi več preplavljačem online, spremlja parametre, kot je pretok. Ko se vklopi, se inicializira, izvaja cikel preverjanj senzorjev, hitro rešuje napake in podatke posreduje strežnikom preko 5G za oddaljen nadzor.

3 Izvedba sistema nadzora preplavljačev v GIS ohišjih 10kV podstaničnih postaj

Na podlagi načela nadzora je bil sistem oblikovan in izveden. Vsak podsistemi za online nadzor preplavljačev prenaša podatke v notranji sistem podstanične postaje. Lahko zbirajo parametre, kot so število operacij preplavljača, pretok, časovne oznake operacij (točne do sekunde) in vrhovni pretok pri operacijah.

Preplavljači uporabljajo prehodne senzorje nicle magnetnega pretoka za zajem signalov skupnega toka. Ti signali se nato podvržeta Hitremu Fourierjevemu transformiranju (FFT) – učinkovitemu algoritmu, ki zmanjša računski kompleksnost in omogoča hitro izračunavanje Fourierjevih transformacij in njihovih obratov, kar ga naredi nezamenjivo matematično orodje v sistemih z energijo. FFT razbije tokovne signale, da identificira harmonične komponente in analizira frekvenčne harmonike.

GIS v 10kV podstaničnih postajah trpi zaradi težkega onesnaženja tretjimi harmoničnimi toni, ki povečujejo sistemske izgube, povišujejo obremenitve in motijo nadzor preplavljačev – grozijo varnosti in stabilnosti železniškega sistema z energijo. Zato sistem uporablja metodo tretjega harmoničnega tona: analizira "tretji harmonični ton" (trikrat osnovna frekvenca 50Hz), razložen preko FFT. Integrirana enota za nadzor se poveže s senzorji preplavljačev preko RS485 vmesnikov, kar omogoča zbiranje podatkov iz do 32 preklopnih aparatur.

3.1 Prenos podatkov in pametna analiza

Integrirana enota za nadzor uporablja modul za 5G komunikacijo za hitro prenos podatkov na oblak. Platforma analizira stanje delovanja preplavljačev, sproža alarme za anomalije in redno posreduje podatke. Samodejna analiza podatkov generira priporočila – na primer, pravočasna zamenjava preplavljačev ali napovedi življenjske dobe. Sistem za zajem podatkov podpira zakazane prenose podatkov in aktivne prenose med anomalijami (kot je prikazano na Sliki 2).

3.2 Delovanje in upravljanje sistema

Po implementaciji enota obdeluje skupni tok, tretji harmonični ton in podatke o delovanju za izračun skupnega toka, upornega toka in informacij o delovanju – posredovanje na oblak preko 5G. Oblakova platforma prikazuje krivulje življenjske dobe preplavljačev in alarme za dejavnosti, omogoča hiter nadzor življenjske dobe in delovanja. Programska oprema za podstanične postaje shranjuje vse podatke o merjenju, s konfigurabilnimi dnevno frekvenco in časom prenosa. Če pretok preseže 10% osnovne vrednosti, sistem sproži alarme.

Ključni tehnični parametri so nastavljeni, kot je prikazano v Tabeli 1. Sistem nadzora je nameščen in deluje, s pregledom usklajenim z urniki vzdrževanja opreme. Doseže upravljanje življenjske dobe preplavljačev, hiter nadzor in izboljšano učinkovitost vzdrževanja – povišuje standard upravljanja sistemov z energijo.

4 Zaključek

Sistem za hiter nadzor stanja preplavljačev v GIS ohišjih 10kV podstaničnih postaj prenaša zbrani podatke na sistem za nadzor na strežnik preko 5G brezžičnega prenosa. V sistem za nadzor na strežniku generira krivulje sprememb življenjske dobe preplavljačev in obvestila o alarmih za delovanje preplavljačev, omogoča hiter nadzor stanja življenjske dobe in delovanja preplavljačev.

Oblikovanje in izvedba tega sistema izboljšata natančnost nadzora delovanja preplavljačev v GIS ohišjih 10kV podstaničnih postaj, zmanjšata stroške vzdrževanja in preprečujejo velike nesreče. Poleg tega izboljša varnost oskrbe z energijo za delovanje hitrih železnic.