Реальний час моніторингу випадкових заземлювачів у 10кВ ГІС-шкафах: Покращення безпеки електропостачання на залізниці

1 Дослідницький тлумачний матеріал

Метало-оксидні грозозахисні пристрої, які є утеплені в шафах, постійно піддаються системному напругу, що збільшує ризик старіння, а навіть може призвести до аварій/вибухів, що спричиняють електричні пожежі. Тому необхідна регулярна перевірка/обслуговування. Традиційне обслуговування з інтервалом 3-5 років (відключення електроенергії, демонтаж пристрою для тестування; повторне встановлення, якщо було замінено) створює ризики безпеки та має труднощі зі стандартами, пов'язаними з місцем/середовищем.

2 Принцип моніторингу грозозахисного пристрою кабінету GIS 10кВ

Для забезпечення безпеки високошвидкісних залізниць, дозволити реальний час моніторингу стану грозозахисного пристрою кабінету GIS 10кВ, оцінити термін служби та вчасно замінити вичерпані, необхідно розробити систему моніторингу.

При нормальній роботі кабінету GIS, грозозахисні пристрої показують високий опір; під час заземлювальних вад, вони випускають енергію, а потім швидко повертаються до високого опору, щоб заблокувати заземлювальний струм. Зазвичай, протікання струму (десятки мА, ~10мА резистивна компонента) є малим. Старіння або пошкодження від вологи збільшує резистивний протікання струму, але невеликі проблеми не призводять до помітного зростання, що заважає своєчасному виявленню загроз та загрожує безпеці залізниць. Тому необхідний аналіз резистивного струму та методи (компенсація, загальний протікання струму, третій гармоніка).

Для підвищення безпеки, проектовано комплексну одиницю моніторингу протікання струму (принцип на Рис. 1). Вона онлайн контролює кілька грозозахисних пристроїв, відстежуючи параметри, такі як протікання струму. При підключенні живлення, вона ініціалізується, проводить цикл перевірок сенсорів, оперативно вирішує помилки та передає дані на сервер через 5G для віддаленого моніторингу.

3 Реалізація системи моніторингу грозозахисних пристроїв в кабінетах GIS підстанцій 10кВ

Згідно з принципом моніторингу, система була розроблена та реалізована. Кожна підсистема онлайн моніторингу грозозахисного пристрою передає дані до внутрішньої системи підстанції. Вона може збирати параметри, включаючи кількість операцій грозозахисного пристрою, протікання струму, часові метки операцій (точні до секунди) та піковий струм відпуску під час операцій.

Грозозахисні пристрої використовують сенсори протікання струму через серцевину з нульовим флюксом для отримання сигналів загального струму. Ці сигнали потім піддаються Швидкому перетворенню Фур'є (FFT) - ефективному алгоритму, який зменшує обчислювальну складність, дозволяючи швидке обчислення перетворень Фур'є та їх обернених, роблячи його незамінним математичним інструментом в енергетичних системах. FFT розкладає сигнали струму, щоб виявити гармонічні компоненти та проаналізувати гармоніки на основі частоти.

GIS в підстанціях 10кВ страждає від серйозного забруднення третьою гармонікою, що збільшує втрати системи, підвищує навантаження та погіршує моніторинг грозозахисних пристроїв - загрожуючи безпеці та стабільності енергетичної системи залізниці. Тому система використовує метод третьої гармоніки: аналіз "третьої гармоніки" даних (три рази частота 50Гц) розкладається за допомогою FFT. Інтегрована моніторингова одиниця підключається до сенсорів грозозахисних пристроїв через інтерфейси RS485, дозволяючи збор даних з до 32 грозозахисних пристроїв комутаційних пристроїв.

3.1 Передача даних та розумний аналіз

Інтегрована моніторингова одиниця використовує модуль зв'язку 5G для швидкої передачі даних виявлення на хмарну платформу. Платформа аналізує статуси роботи грозозахисних пристроїв, запускає попередження про аномалії та періодично завантажує дані. Автоматизований аналіз даних генерує рекомендації - наприклад, вчасна заміна грозозахисних пристроїв або прогнози терміну служби. Система збору даних підтримує заплановане завантаження даних та активне завантаження під час аномалій (як показано на Рис. 2).

3.2 Робота та управління системою

Після реалізації, одиниця обробляє загальний струм, третю гармоніку та дані роботи, щоб обчислити загальний струм, резистивний струм та інформацію про роботу - передається на хмарну платформу через 5G. Хмарна платформа відображає криві терміну служби грозозахисних пристроїв та попередження про дії, дозволяючи реальний час моніторингу терміну служби та роботи. Програмне забезпечення задньої частини підстанції зберігає всі дані виявлення, з налаштовуваною частотою/часом щоденного завантаження даних. Якщо протікання струму перевищує 10% базового значення, система запускає попередження.

Ключові технічні параметри встановлені, як у Таблиці 1. Система моніторингу встановлена та працює, з налагодженням, що відповідає графіку обслуговування обладнання. Вона досягає управління терміном служби грозозахисних пристроїв, реального часу моніторингу та покращення ефективності обслуговування - підвищуючи стандарти управління енергетичною системою.

4 Висновок

Система реального часу моніторингу робочого стану грозозахисних пристроїв в кабінетах GIS підстанцій 10кВ передає зібрані дані до задньої частини системи моніторингу через бездротову передачу 5G. Одночасно, в задній частині системи моніторингу, вона генерує криві зміни терміну служби грозозахисних пристроїв та повідомлення про попередження щодо роботи грозозахисних пристроїв, дозволяючи реальний час володіння інформацією про стан терміну служби та роботи грозозахисних пристроїв.

Розробка та реалізація цієї системи підвищують точність моніторингу роботи грозозахисних пристроїв в кабінетах GIS підстанцій 10кВ, зменшують витрати на обслуговування та запобігають великим аваріям. Крім того, вона підвищує енергетичну безпеку для роботи високошвидкісних залізниць.