Sistema avanzado de monitoreo en línea para pararrayos de óxido de zinc: tecnologías clave y diagnóstico de fallas

1 Arquitectura del Sistema de Monitoreo en Línea para Pararrayos de Óxido de Cinc

El sistema de monitoreo en línea para pararrayos de óxido de cinc consta de tres capas: la capa de control de estación, la capa de bahía y la capa de proceso.

• Capa de Control de Estación: Incluye un centro de monitoreo, un reloj de Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y una fuente de reloj B - código.

• Capa de Bahía: Consiste en Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs) de monitoreo en línea.

• Capa de Proceso: Cuenta con terminales de monitoreo para Transformadores de Potencial (PTs) y Transformadores de Corriente (CTs), como se ilustra en la Figura 1.

Dentro de este sistema, cada dispositivo cumple una función distinta:

• Centro de Monitoreo: Clasifica y agrupa los datos de estado de los pararrayos de óxido de cinc, analizando la condición operativa de cada unidad. Los operadores acceden al rendimiento en tiempo real de los pararrayos a través del backend del sistema. La información se visualiza en pantallas mediante informes, gráficos estadísticos y curvas, asegurando una interacción amigable. En caso de fallos, el sistema activa alarmas inmediatas para promover la resolución oportuna, protegiendo la operación de los pararrayos.

• IEDs de Monitoreo en Línea: Actúan como intermediarios de comunicación entre los terminales de monitoreo (que no pueden conectarse directamente al centro) y el centro de monitoreo. Analizan y transmiten datos, permitiendo un flujo de información sin interrupciones.

• Terminales de Monitoreo: Funcionan como colectores de datos front-end, rastreando parámetros ambientales (temperatura, humedad), corriente de fuga resistiva y niveles de contaminación de los pararrayos. También registran con alta precisión el número de rayos. Los datos recopilados se transmiten al centro de monitoreo a través de la capa de bahía, permitiendo a los gestores tomar decisiones basadas en datos.

2 Puntos Clave de la Tecnología de Monitoreo en Línea para Pararrayos de Óxido de Cinc
2.1 Sincronización de Tiempo de los Sistemas de Monitoreo en Línea

La investigación sobre el método de corriente resistiva fundamental y el análisis armónico para pararrayos de óxido de cinc revela que la sincronización de las operaciones de muestreo tiene un impacto significativo en los resultados de monitoreo. A pesar de que los valores de corriente de fuga monitorizados son extremadamente pequeños, errores menores pueden causar grandes desviaciones. Por lo tanto, los sistemas de monitoreo en línea requieren una alta sincronización de muestreo, exigiendo a los técnicos calibrar el tiempo del sistema. Hay dos métodos disponibles:

• Sincronización Basada en GPS: Logra una sincronización dentro de 2ns, minimizando los errores de tiempo;

• Sincronización de Reloj IRIG - B: Presenta fuertes capacidades anti-interferencia, asegurando una transmisión de señal estable y una recepción de señal de alta precisión. Sin embargo, una precisión excesiva aumenta los costos; los técnicos deben seleccionar la precisión (1μs, 1ms, 10ms, 1s) según los requisitos mínimos de resolución del sistema.

La sincronización de reloj IRIG - B es rentable. Aunque menos precisa que el GPS, cumple con las necesidades del sistema. Por lo tanto, los técnicos pueden usar IRIG - B para la sincronización, asegurando la consistencia del muestreo.

2.2 Reducción de Ruido en Señales de Monitoreo en Línea

La recolección de datos de pararrayos de óxido de cinc enfrenta múltiples interferencias. Dado que la corriente de fuga es extremadamente pequeña, el ruido no procesado causa desviaciones en el monitoreo, fallando en reflejar el estado real del dispositivo. Los técnicos deben seleccionar algoritmos de reducción de ruido apropiados; el "denoising" por ondículas es ampliamente utilizado: descompone las señales, retiene el contenido válido, establece coeficientes inútiles a 0 y extrae información utilizable después de una descomposición repetida.

2.3 Diagnóstico de Fallos en el Monitoreo en Línea
2.3.1 Importancia del Diagnóstico de Fallos

A medida que se escalan los equipos de energía, la seguridad del sistema de energía se vuelve crítica. Los fallos interrumpen el suministro de energía y ponen en riesgo la seguridad del personal, lo que hace que el monitoreo en línea y el diagnóstico de fallos de pararrayos de óxido de cinc sean esenciales. El sistema monitorea las condiciones de aislamiento, predice riesgos y apoya el mantenimiento. Sin embargo, los datos en línea son vastos, complejos y redundantes, interfiriendo con la precisión del monitoreo.

Para garantizar la precisión del diagnóstico, los técnicos preprocesan los datos: eliminan redundancias, corrigen errores y proporcionan entradas confiables. Además, la corriente resistiva de los pararrayos de óxido de cinc se ve afectada por el clima, la temperatura, los campos magnéticos y la interferencia de señales, aumentando la dificultad del diagnóstico. El procesamiento efectivo de datos a través de medios técnicos es crucial para el diagnóstico.

2.3.2 Algoritmo de Fusión de Información Multisensorial

Los algoritmos de fusión de información, fundamentales para el procesamiento de datos de monitoreo en línea, integran información de varios niveles para un análisis completo. Los algoritmos de fusión multisensorial utilizan datos de múltiples sensores, evitan la interferencia armónica mediante cálculos y reflejan con precisión el estado en tiempo real de los pararrayos. Algunos algoritmos comunes incluyen:

• Método de Restricción Incorporada: Restringe los parámetros recolectados por los sensores (fases originales e intrínsecas) para asegurar soluciones únicas. El sistema adquiere datos en tiempo real de los pararrayos a través de sensores y extrae información clave basándose en las características del dispositivo;

• Método de Combinación de Evidencias: Extrae datos operativos, calcula en base a los estados de los pararrayos y proporciona una base para el juicio de fallos;

• Método de Red Neuronal Artificial (RNA): Utiliza el aprendizaje automático para el diagnóstico. Primero, diseña topologías adaptadas a los sensores; segundo, mapea patrones de datos a través de la interacción red-entorno; finalmente, entrena modelos para detectar automáticamente fallos.

2.3.3 Método de Análisis de Relación Gris

Como un enfoque común de diagnóstico de fallos para pararrayos de óxido de cinc, el método de análisis de relación gris se centra en el análisis estadístico de múltiples factores influyentes en los fallos. Cuantifica el impacto de diferentes factores en los fallos de los pararrayos trazando curvas de ajuste. En la práctica, compara los cambios en la forma de las curvas: los mayores grados de ajuste de las curvas indican una mayor correlación entre los factores de fallos en tiempo real y los estados reales de fallos de los pararrayos.

Para el diagnóstico, el ángulo de pérdida dieléctrica del pararrayos generalmente se establece como la secuencia de referencia \(X_1\), mientras que parámetros como la temperatura, la humedad y la corriente de fuga sirven como secuencias de comparación \(X_i\). Usando el modelo de análisis de relación gris para calcular la correlación entre cada factor y el ángulo de pérdida dieléctrica permite identificar con precisión las causas clave de los fallos, proporcionando soporte de datos para las decisiones de diagnóstico.

Los datos obtenidos se normalizan, y se calcula el coeficiente de correlación \(\zeta_j(k)\) y el grado de correlación \(\gamma_j\) entre cada dato.

2.4 Software Experto de Monitoreo en Línea

El software experto de monitoreo en línea para pararrayos de óxido de cinc, como sub-software del sistema de monitoreo en línea, cuenta con diversas funciones. No solo puede monitorear transformadores, detectando descargas parciales y condiciones de gas en aceite, sino también monitorear interruptores y equipos capacitivos. Permite configurar parámetros de pre-alarma para el sistema y gestionar equipos de subestaciones.

Además, el software experto de monitoreo en línea permite la gestión predefinida por el usuario, facilitando a los usuarios ver datos históricos y actuales, y verificar el estado en tiempo real del equipo. Después de iniciar sesión en el sistema, los usuarios pueden consultar los datos según sea necesario, proporcionando una referencia para su toma de decisiones.

3 Conclusión

Los fallos de los pararrayos de óxido de cinc pueden afectar seriamente la operación segura de los sistemas de red eléctrica. Por lo tanto, la detección en tiempo real a través de un sistema de monitoreo en línea es esencial para captar con precisión la información de los fallos y llevar a cabo una disposición oportuna.

El sistema de monitoreo en línea para pararrayos de óxido de cinc logra el monitoreo en tiempo real a través de la operación coordinada del centro de monitoreo, los dispositivos IED-Business de monitoreo en línea y los terminales de monitoreo, completando la adquisición, transmisión y procesamiento de la información de datos. Al mismo tiempo, optimizando tecnologías clave como la sincronización de tiempo del sistema, la reducción de ruido de las señales de monitoreo y el diagnóstico de fallos, proporciona datos precisos al sistema, asegurando la operación estable de los pararrayos de óxido de cinc y fortaleciendo la seguridad de la red eléctrica.