การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าในตู้ GIS 10kV: เพิ่มความปลอดภัยให้ระบบไฟฟ้ารถไฟ

1 ภูมิหลังการวิจัย

ตัวป้องกันแรงดันเกินชนิดโลหะ-ออกไซด์ที่ถูกปิดผนึกไว้ในตู้ควบคุมจะรับแรงดันระบบอย่างต่อเนื่อง มีความเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพหรือชำรุด กระทั่งระเบิดและทำให้เกิดไฟไหม้ทางไฟฟ้า ดังนั้นจำเป็นต้องทำการตรวจสอบและบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ การตรวจวัดแบบทุกๆ 3-5 ปี (ตัดไฟฟ้า และถอดตัวป้องกันแรงดันเกินเพื่อทดสอบ; ติดตั้งใหม่หากเปลี่ยน) มีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและเผชิญกับความยากลำบากในการปฏิบัติตามมาตรฐานที่ขึ้นอยู่กับพื้นที่และการสภาวะแวดล้อม

2 หลักการตรวจสอบตัวป้องกันแรงดันเกินในตู้ GIS 10kV

เพื่อรับประกันความปลอดภัยของรถไฟความเร็วสูง สามารถตรวจสอบสถานะของตัวป้องกันแรงดันเกินในตู้ GIS 10kV ได้แบบเรียลไทม์ ประเมินอายุการใช้งาน และแทนที่เมื่อหมดอายุ จำเป็นต้องพัฒนาระบบตรวจสอบ

ในการทำงานปกติของตู้ GIS ตัวป้องกันแรงดันเกินจะแสดงค่าความต้านทานสูง ในกรณีที่เกิดความผิดปกติในการต่อกราวด์ ตัวป้องกันแรงดันเกินจะปล่อยพลังงานแล้วกลับมาเป็นความต้านทานสูงอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลเข้ากราวด์ ปกติแล้วกระแสรั่ว (ประมาณ 10mA ส่วนประกอบความต้านทาน) จะน้อยมาก หากเกิดการเสื่อมสภาพหรือความเสียหายจากความชื้น กระแสรั่วความต้านทานจะเพิ่มขึ้น แต่ปัญหาเล็กน้อยอาจไม่เห็นผลชัดเจน ทำให้การตรวจจับอันตรายไม่ทันท่วงทีและเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของรถไฟ ดังนั้นจำเป็นต้องใช้วิธีการวิเคราะห์กระแสความต้านทานและวิธีการ (การชดเชย กระแสรั่วรวม และฮาร์โมนิกที่สาม)

เพื่อเพิ่มความปลอดภัย ออกแบบหน่วยตรวจสอบกระแสรั่วที่ครอบคลุม (หลักการในภาพที่ 1) สำหรับตรวจสอบตัวป้องกันแรงดันเกินหลายตัวออนไลน์ โดยติดตามพารามิเตอร์ เช่น กระแสรั่ว เมื่อเปิดใช้งาน หน่วยนี้จะเริ่มต้นทำงาน ตรวจสอบเซ็นเซอร์อย่างต่อเนื่อง แก้ไขข้อผิดพลาดทันท่วงที และส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์ผ่าน 5G เพื่อตรวจสอบระยะไกล

3 การดำเนินการของระบบตรวจสอบตัวป้องกันแรงดันเกินในตู้ GIS ของสถานีไฟฟ้า 10kV

ภายใต้การแนะนำของหลักการตรวจสอบ ระบบถูกออกแบบและดำเนินการ แต่ละระบบย่อยของการตรวจสอบตัวป้องกันแรงดันเกินออนไลน์จะส่งข้อมูลไปยังระบบภายในสถานีไฟฟ้า สามารถรวบรวมพารามิเตอร์ เช่น จำนวนการทำงานของตัวป้องกันแรงดันเกิน กระแสรั่ว เวลาการทำงาน (แม่นยำถึงวินาที) และกระแสปล่อยสูงสุดระหว่างการทำงาน

ตัวป้องกันแรงดันเกินใช้เซ็นเซอร์กระแสรั่วแบบ zero-flux ผ่านแกนเพื่อรับสัญญาณกระแสทั้งหมด สัญญาณเหล่านี้จะผ่านกระบวนการ Fast Fourier Transform (FFT) - อัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพซึ่งลดความซับซ้อนในการคำนวณ พร้อมทั้งคำนวณการแปลงฟูริเยร์และผกผันได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เป็นเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่สำคัญในระบบไฟฟ้า FFT แยกสัญญาณกระแสเพื่อระบุส่วนประกอบฮาร์โมนิกและวิเคราะห์ฮาร์โมนิกตามความถี่

GIS ในสถานีไฟฟ้า 10kV ประสบปัญหาการปนเปื้อนฮาร์โมนิกที่สามอย่างรุนแรง ซึ่งเพิ่มการสูญเสียระบบ โหลดสูงขึ้น และทำให้การตรวจสอบตัวป้องกันแรงดันเกินมีปัญหา - คุกคามความปลอดภัยและความมั่นคงของระบบไฟฟ้ารถไฟความเร็วสูง ดังนั้น ระบบจึงใช้วิธีการฮาร์โมนิกที่สาม: วิเคราะห์ข้อมูล "ฮาร์โมนิกที่สาม" (สามเท่าของความถี่พื้นฐาน 50Hz) ที่ถูกแยกโดย FFT หน่วยตรวจสอบแบบรวมเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ตัวป้องกันแรงดันเกินผ่านอินเทอร์เฟซ RS485 ทำให้สามารถรวบรวมข้อมูลจากตัวป้องกันแรงดันเกินได้สูงสุด 32 ตัวในสวิตช์เกียร์

3.1 การส่งข้อมูลและการวิเคราะห์อัจฉริยะ

หน่วยตรวจสอบแบบรวมใช้โมดูลการสื่อสาร 5G เพื่อส่งข้อมูลการตรวจจับไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์อย่างรวดเร็ว แพลตฟอร์มวิเคราะห์สถานะการทำงานของตัวป้องกันแรงดันเกิน ทริกเกอร์แจ้งเตือนสำหรับความผิดปกติ และส่งข้อมูลอย่างสม่ำเสมอ การวิเคราะห์ข้อมูลอัตโนมัติสร้างคำแนะนำ - เช่น การแทนที่ตัวป้องกันแรงดันเกินทันท่วงทีหรือการทำนายวงจรชีวิต ระบบการรวบรวมข้อมูลสนับสนุนการส่งข้อมูลตามกำหนดเวลาและการส่งข้อมูลแบบแอคทีฟในกรณีที่เกิดความผิดปกติ (ดังแสดงในภาพที่ 2)

3.2 การทำงานและการบริหารจัดการระบบ

หลังจากการดำเนินการ หน่วยนี้ประมวลผลกระแสทั้งหมด ฮาร์โมนิกที่สาม และข้อมูลการทำงานเพื่อคำนวณกระแสทั้งหมด กระแสความต้านทาน และข้อมูลการทำงาน - ส่งไปยังคลาวด์ผ่าน 5G แพลตฟอร์มคลาวด์แสดงเส้นโค้งวงจรชีวิตของตัวป้องกันแรงดันเกินและการแจ้งเตือนการกระทำ ทำให้สามารถตรวจสอบวงจรชีวิตและการทำงานแบบเรียลไทม์ได้ ซอฟต์แวร์หลังบ้านของสถานีไฟฟ้าเก็บข้อมูลการตรวจจับทั้งหมด พร้อมการกำหนดความถี่และเวลาการส่งข้อมูลประจำวันได้ หากกระแสรั่วเกิน 10% ของค่าพื้นฐาน ระบบจะทริกเกอร์แจ้งเตือน

พารามิเตอร์เทคนิคหลักถูกตั้งค่าตามตารางที่ 1 ระบบตรวจสอบถูกติดตั้งและดำเนินการ พร้อมการดีบั๊กที่สอดคล้องกับตารางการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ระบบสามารถจัดการวงจรชีวิตของตัวป้องกันแรงดันเกิน ตรวจสอบแบบเรียลไทม์ และเพิ่มประสิทธิภาพการบำรุงรักษา - ยกระดับมาตรฐานการจัดการระบบไฟฟ้า

4 สรุป

ระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์สำหรับสถานะการทำงานของตัวป้องกันแรงดันเกินในตู้ GIS ของสถานีไฟฟ้า 10kV ส่งข้อมูลที่รวบรวมไปยังระบบตรวจสอบหลังบ้านผ่านการส่งข้อมูลไร้สาย 5G ในขณะเดียวกัน ในระบบตรวจสอบหลังบ้าน ระบบสร้างเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงวงจรชีวิตของตัวป้องกันแรงดันเกินและการแจ้งเตือนสำหรับการทำงานของตัวป้องกันแรงดันเกิน ทำให้สามารถตรวจสอบวงจรชีวิตและการทำงานแบบเรียลไทม์ได้

การออกแบบและการดำเนินการของระบบนี้เพิ่มความแม่นยำในการตรวจสอบการทำงานของตัวป้องกันแรงดันเกินในตู้ GIS ของสถานีไฟฟ้า 10kV ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และป้องกันเหตุการณ์ใหญ่ นอกจากนี้ยังเพิ่มความปลอดภัยทางไฟฟ้าในการทำงานของรถไฟความเร็วสูง