Nalazno praćenje grebnih zaštitnika u 10kV GIS kabinetima: Unapređivanje sigurnosti sistema električne energije na železnici

1 Istraživački pozadina

Metalno-oksidni prekidnici naponskih talasa, zapečaćeni u ormarima, neprekidno nose sistemski napon, što dovodi do starenja i mogućih kvarova, čak i eksplozija koje mogu uzrokovati električne požare. Zbog toga je potrebna redovna inspekcija i održavanje. Tradicionalna detekcija sa ciklusom od 3-5 godina (isključivanje struje, uklanjanje prekidnika za testiranje; ponovna instalacija ako je zamijenjen) predstavlja rizik za sigurnost i suočava se s teškoćama prilikom usvajanja standarda baziranih na prostoru i okruženju.

2 Princip nadzora prekidnika naponskih talasa u GIS ormarih od 10kV

Da bi se osigurala sigurnost visokobrzih željeznica, omogućena je stvarnovidjela nadzor stanja prekidnika naponskih talasa u GIS ormarih od 10kV, procjena vremena trajanja i pravočasna zamjena isteklih, razvoj sistema nadzora je neophodan.

Tokom normalne operacije GIS ormara, prekidnici pokazuju visoku impedanciju; tokom grešaka pri spajanju na zemlju, oni ispuštaju energiju, a zatim brzo vraćaju visoku impedanciju kako bi blokirali struju prema zemlji. Normalno, izbijanje struje (desetice mA, ~10mA otporni dio) je mala. Starenje ili oštećenje vlagočuvanjem povećava otpornu izbijnu struju, ali manji problemi dovode do nezamenjivih povećanja, čime se teško otkrivaju opasnosti na vreme i prijeti sigurnosti željeznica. Zbog toga su potrebne analiza otporne struje i metode (kompenzacija, ukupna izbijna struja, treći harmonik).

Da bi se poboljšala sigurnost, dizajnirana je kompleksna jedinica za nadzor izbijne struje (princip prikazan na Slici 1). Ona nadgleda više prekidnika online, pratiti parametre poput izbijne struje. Kada se upali, inicijalizira, obilazi senzore, brzo reagira na greške i šalje podatke na servere putem 5G za udaljeni nadzor.

3 Implementacija sistema nadzora prekidnika naponskih talasa u GIS ormarih 10kV pretvorilaca

Pod vodstvom principa nadzora, sistem je dizajniran i implementiran. Svaki pod-sistem za online nadzor prekidnika naponskih talasa šalje podatke unutrašnjem sistemu pretvorilaca. Može sakupiti parametre kao što su broj radnih ciklusa prekidnika, izbijna struja, vremenske oznake radnog stanja (tačno do sekunde) i vrhunski otopni napon tijekom radnog stanja.

Prekidnici koriste senzore izbijne struje s nultim fluksom kroz jezgra kako bi prikupili signale ukupne struje. Ovi signali zatim podliježu Brzom Furijeovom transformaciji (FFT) - efikasnom algoritmu koji smanjuje složenost računanja, omogućavajući brzo izračunavanje Furijeovih transformacija i njihovih inverza, čime postaje nezamenjivi matematički alat u elektroenergetskim sistemima. FFT dekomponuje signale struje kako bi identifikovala harmoničke komponente i analizirala harmonike bazirane na frekvenciji.

GIS u 10kV pretvorilaca trpi ozbiljnu treću harmoničku zagađenje, koja povećava gubitke sistema, povećava opterećenje i ometa nadzor prekidnika - prijetići sigurnosti i stabilnosti željezničkog sistema snage. Zbog toga, sistem usvaja metodu treće harmonike: analizu "treće harmonike" podataka (tri puta 50Hz osnovna frekvencija) dekomponiranih putem FFT. Integrirana jedinica za nadzor povezuje se sa senzorima prekidnika putem RS485 sučelja, omogućavajući prikupljanje podataka sa do 32 prekidnika u uređajima za prekid.

3.1 Prenos podataka i pametna analiza

Integrirana jedinica za nadzor koristi modul za komunikaciju 5G da brzo prenese podatke o detekciji na cloud platformu. Platforma analizira stanje radnog stanja prekidnika, aktivira alarme za anomalije i redovno šalje podatke. Automatska analiza podataka generiše preporuke - na primjer, pravočasna zamjena prekidnika ili prognoze vremena trajanja. Sistem prikupljanja podržava planirani prenos podataka i aktivni prenos tokom anomalija (kao što je prikazano na Slici 2).

3.2 Rad i upravljanje sistemom

Nakon implementacije, jedinica obrađuje ukupnu struju, treću harmoniku i podatke o radu kako bi izračunala ukupnu struju, otpornu struju i informacije o radu - prenose se na cloud putem 5G. Cloud platforma prikazuje krive vremena trajanja prekidnika i alarme o radu, omogućavajući stvarnovidjeli nadzor vremena trajanja i radnog stanja. Softver za backend pretvorilaca čuva sve podatke o detekciji, s konfigurabilnim frekvencijama/datumima dnevne pripreme. Ako izbijna struja premaši 10% baze, sistem aktivira alarme.

Ključni tehnički parametri su postavljeni kao u Tabeli 1. Sistem nadzora je instaliran i funkcioniše, s podešavanjem u skladu s rasporedom održavanja opreme. Postiže upravljanje vremenom trajanja prekidnika, stvarnovidjeli nadzor i poboljšanu efikasnost održavanja - podiže standarde upravljanja sistemima snage.

4 Zaključak

Sistem stvarnovidjela nadzora stanja prekidnika naponskih talasa u GIS ormarih 10kV pretvorilaca prenosi prikupljene podatke na backend sistem nadzora putem bežične 5G transmisije. U međuvremenu, u backend sistemu nadzora, generiše se krive promjena vremena trajanja prekidnika i obaveštenja o alarmima o radu prekidnika, omogućavajući stvarnovidjeli nadzor stanja vremena trajanja i radnog stanja prekidnika.

Dizajn i implementacija ovog sistema poboljšava preciznost nadzora radnog stanja prekidnika naponskih talasa u GIS ormarih 10kV pretvorilaca, smanjuje troškove održavanja i sprečava velike nesreće. Takođe, poboljšava sigurnost snage za rad visokobrzih željeznica.