10kV GIS Kabinlerindeki Fırtınalı Koruyucuların Gerçek Zamanlı İzlenmesi: Demiryolu Güç Sistemini Güvenli Hale Getirme

1 Araştırma Arka Planı

Kablolarda mühürlenen metal-oksit yıldırım tutucular, sistem gerilimini sürekli taşıyarak yaşlanma hatalarına, hatta arızalara/patlaklara ve elektrik yangınlarına neden olabilir. Bu nedenle, düzenli inceleme/bakım gereklidir. Geleneksel 3-5 yıllık döngüsel tespit (güç kesme, yıldırım tutucusunu test için çıkarma; değiştirilirse yeniden kurulum) güvenlik riskleri oluşturur ve alana/ortama bağlı standartları kavramada zorluklarla karşı karşıya kalır.

2 10kV GIS Kabine Yıldırım Tutucusu İzleme Prensibi

Yüksek hızlı demiryolu güvenliğini sağlamak, 10kV GIS kabine yıldırım tutucusunun durumunu gerçek zamanlı izlemek, ömrünü değerlendirmek ve sürenin sona erdiği takdirde zamanında değiştirmek için bir izleme sistemi geliştirilmesi gereklidir.

Normal GIS kabine işlemi sırasında, yıldırım tutucular yüksek direnç gösterir; topraklama hataları sırasında enerji salınıp hızla yüksek direnç tekrar kurulur, böylece toprak akımını engeller. Normal olarak, sızıntı akımı (onlarca mA, yaklaşık 10mA direnç bileşeni) çok küçüktür. Yaşlanma veya nem zararları direnç sızıntı akımını artırır, ancak küçük sorunlar belirgin artışlara neden olmaz, bu da zamanında tehlike tespiti ve demiryolu güvenliği üzerinde tehdit oluşturur. Bu nedenle, direnç akımı analizi ve yöntemler (tazmin, toplam sızıntı akımı, üçüncü harmonik) gereklidir.

Güvenliği artırmak için, sızıntı akımı izleme kapsamlı birim tasarlandı (Prinsip Şekil 1). Bu, birden fazla yıldırım tutucusunu çevrimiçi olarak izler, sızıntı akımı gibi parametreleri izler. Güç açıldığında, sensör kontrollerini başlatır, hataları anında ele alır ve verileri 5G üzerinden sunuculara yükler, böylece uzaktan izlemeyi sağlar.

3 10kV Trafo Merkezlerindeki GIS Kabinelerindeki Yıldırım Tutucuları İçin İzleme Sisteminin Uygulanması

İzleme prensibine dayanarak, sistem tasarlandı ve uygulandı. Her çevrimiçi yıldırım tutucusu izleme alt sistemi, veriyi iç trafo merkezi sistemine iletebilir. İşlem sayısı, sızıntı akımı, işlem zaman damgaları (saniye hassaslığına kadar) ve işlemler sırasında zirve salınım akımı dahil olmak üzere çeşitli parametreleri toplayabilir.

Yıldırım tutucuları, toplam akım sinyallerini elde etmek için çekirdek geçişli sıfır akım sızıntı sensörleri kullanır. Bu sinyaller daha sonra Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) - hesaplama karmaşıklığını azaltırken, Fourier dönüşümlerini ve terslerini hızlı hesaplamayı mümkün kılan etkili bir algoritma, güç sistemlerinde vazgeçilmez matematiksel bir araçtır. FFT, akım sinyallerini harmonik bileşenlere ayırarak frekans bazlı harmonik analizini sağlar.

10kV trafo merkezlerindeki GIS, üçüncü harmonik kirliliğinden ciddi şekilde etkilenir, bu da sistem kayıplarını artırır, yükleri yükseltir ve yıldırım tutucusu izlemesini zedeleyerek demiryolu güç sisteminin güvenliğini ve istikrarını tehdit eder. Bu nedenle, sistem üçüncü harmonik yöntemi benimser: FFT ile ayrıştırılan "üçüncü harmonik" verilerini (50Hz temel frekansının üç katı) analiz eder. Tümleşik izleme birimi, RS485 arayüzleri aracılığıyla yıldırım tutucusu sensörlere bağlanır, böylece en fazla 32 anahtarlık yıldırım tutucusundan veri toplayabilir.

3.1 Veri İletimi ve Akıllı Analiz

Tümleşik izleme birimi, algılama verilerini bulut platformuna hızlı bir şekilde iletmek için 5G iletişim modülü kullanır. Platform, yıldırım tutucusu işlem durumlarını analiz eder, anormalliklerde uyarı tetikler ve düzenli olarak veri yükler. Otomatik veri analizi, örneğin zamanında yıldırım tutucusu değiştirme veya ömür tahminleri gibi öneriler üretir. Algılama sistemi, zamanlanmış veri yüklemelerini ve anormallikler sırasında aktif yüklemeleri destekler (Şekil 2'de gösterildiği gibi).

3.2 Sistem İşletimi ve Yönetimi

Uygulama sonrası, birim, toplam akım, üçüncü harmonik ve işlem verilerini işleyerek toplam akım, direnç akımı ve işlem bilgilerini hesaplar ve bu bilgileri 5G üzerinden buluta iletir. Bulut platformu, yıldırım tutucusu ömür eğrilerini ve eylem uyarılarını görüntüler, böylece gerçek zamanlı ömür ve işlem izlemesini sağlar. Trafo merkezi arka uç yazılımı, tüm algılama verilerini saklar, günlük yükleme sıklıklarını/zamanlamalarını yapılandırabilir. Eğer sızıntı akımı temel değerinin %10'unu aşarsa, sistem uyarı tetikler.

Önemli teknik parametreler Tablo 1'de belirtilmiştir. İzleme sistemi kuruldu ve işletilebilir hale getirildi, donanım bakım programlarına uygun olarak hata ayıklama yapıldı. Sistem, yıldırım tutucusu ömür yönetimi, gerçek zamanlı izleme ve bakım verimliliğini artırmayı sağlayarak güç sistemi yönetim standartlarını yükseltir.

4 Sonuç

10kV trafo merkezlerindeki GIS kabinelerindeki yıldırım tutucuların çalışma durumlarını gerçek zamanlı izleme sistemi, toplanan verileri 5G kablosuz iletim yoluyla arka uç izleme sistemine iletir. Aynı zamanda, arka uç izleme sisteminde, yıldırım tutucusu ömrünün değişimi eğrileri ve yıldırım tutucusu işlemleri için uyarı bildirimleri oluşturur, böylece yıldırım tutucusu ömrü durumlarını ve işlem durumlarını gerçek zamanlı olarak kavrayabilme imkanı sağlar.

Bu sistemin tasarlanması ve uygulanması, 10kV trafo merkezlerindeki GIS kabinelerindeki yıldırım tutucuların işlem izleme doğruluğunu artırır, bakım maliyetlerini azaltır ve büyük kazaları önler. Ayrıca, yüksek hızlı demiryollarının operasyonu için güç güvenliğini geliştirir.