Zaawansowany system monitorowania online złączników ochronnych na tlenek cynku: kluczowe technologie i diagnostyka awarii

1 Architektura systemu monitorowania online zasilaczy ochronnych oksydów cynku

System monitorowania online zasilaczy ochronnych oksydów cynku składa się z trzech warstw: warstwy sterowania stacją, warstwy bays i warstwy procesowej.

• Warstwa sterowania stacją: Zawiera centrum monitorowania, zegar GPS (Global Positioning System) oraz źródło zegara B - kodu.

• Warstwa bay: Składa się z inteligentnych urządzeń elektronicznych (IEDs) do monitorowania online.

• Warstwa procesowa: Obejmuje terminale monitorujące dla transformatorów napięcia (PTs) i prądu (CTs), jak pokazano na Rysunku 1.

W tym systemie każde urządzenie pełni specyficzną funkcję:

• Centrum monitorowania: Klasyfikuje i agreguje dane stanu zasilaczy ochronnych oksydów cynku, analizując stan działania każdej jednostki. Operatorzy mogą uzyskać dostęp do rzeczywistych danych wydajności zasilacza poprzez zaplecze systemu. Informacje są wizualizowane na wyświetlaczu za pomocą raportów, statystycznych wykresów i krzywych, zapewniając przyjazne interakcje. W przypadku awarii, system natychmiastowo powiadamia, aby umożliwić szybkie rozwiązywanie problemów, zabezpieczając działanie zasilacza.

• Inteligentne urządzenia elektroniczne do monitorowania online (IEDs): Funkcjonują jako pośrednicy komunikacji między terminalami monitorującymi (nie mogą bezpośrednio połączyć się z centrum) a centrum monitorowania. Przetwarzają i przesyłają dane, umożliwiając płynny przepływ informacji.

• Terminale monitorujące: Funkcjonują jako zbieracze danych front-end, śledzące parametry środowiskowe (temperatura, wilgotność), oporny prąd przeciekowy i stopień zanieczyszczenia zasilacza. Rejestrują również liczbę uderzeń piorunów z dużą precyzją. Zebrane dane są przesyłane do centrum monitorowania przez warstwę bay, umożliwiając menedżerom podejmowanie decyzji opartych na danych.

2 Kluczowe aspekty technologii monitorowania online zasilaczy ochronnych oksydów cynku
2.1 Synchronizacja czasu systemów monitorowania online

Badania nad podstawowym metodyką opornego prądu i analizą harmoniczna dla zasilaczy ochronnych oksydów cynku wykazały, że synchronizacja operacji próbkowania znacząco wpływa na wyniki monitorowania. Pomimo, że wartości monitorowanego prądu przeciekowego są bardzo małe, małe błędy mogą powodować duże odchylenia. Dlatego systemy monitorowania online wymagają wysokiej synchronizacji próbkowania, co wymaga kalibracji czasu systemu przez techników. Dostępne są dwie metody:

• Synchronizacja oparta na GPS: Osiąga synchronizację w granicach 2ns, minimalizując błędy czasowe;

• Synchronizacja zegara IRIG - B: Posiada silne właściwości antyinterferencyjne, zapewniające stabilne transmisje sygnałów i wysoką precyzję odbioru sygnałów. Jednak zbyt duża precyzja zwiększa koszty – technicy powinni wybrać precyzję (1μs, 1ms, 10ms, 1s) na podstawie minimalnych wymagań rozdzielczości systemu.

Synchronizacja zegara IRIG - B jest kosztosprzeczna. Mimo, że mniej precyzyjna niż GPS, spełnia potrzeby systemu. Technicy mogą używać IRIG - B do synchronizacji, aby zapewnić spójność próbkowania.

2.2 Redukcja szumów w sygnałach monitorowania online

Zbieranie danych z zasilaczy ochronnych oksydów cynku napotyka wiele zakłóceń. Wobec bardzo małych wartości prądu przeciekowego, nieprzetworzony szum powoduje odchylenia w monitorowaniu, nie odzwierciedlając rzeczywistego stanu urządzenia. Technicy muszą wybrać odpowiednie algorytmy redukcji szumów – szeroko stosowana jest dekompozycja falkowa: dekomponuje sygnały, zachowuje ważną treść, ustawia bezużyteczne współczynniki na 0 i ekstrahuje użyteczne informacje po wielokrotnej dekompozycji.

2.3 Diagnostyka uszkodzeń w monitorowaniu online
2.3.1 Znaczenie diagnostyki uszkodzeń

Wraz ze wzrostem skali sprzętu energetycznego bezpieczeństwo systemu energetycznego staje się kluczowe. Awarie zakłócają dostawy energii i narażają personel na ryzyko – co czyni monitorowanie online i diagnostykę uszkodzeń zasilaczy ochronnych oksydów cynku niezbędne. System monitoruje stan izolacji, przewiduje ryzyko i wspiera konserwację. Jednak ogromne, złożone i nadmierne dane online utrudniają dokładność monitorowania.

Aby zapewnić precyzję diagnostyki, technicy przetwarzają wstępnie dane: usuwają nadmiary, korygują błędy i dostarczają wiarygodne wejścia. Ponadto, oporny prąd zasilacza ochronnego oksydów cynku jest wpływany przez pogodę, temperaturę, pola magnetyczne i zakłócenia sygnałów – zwiększając trudność diagnostyki. Efektywne przetwarzanie danych technicznymi metodami jest kluczowe dla diagnostyki.

2.3.2 Algorytm fuzji informacji wieloczułkowej

Algorytmy fuzji informacji, fundamentalne dla przetwarzania danych monitorowania online, integrują informacje wielopoziomowe do kompleksowej analizy. Algorytmy fuzji wieloczułkowej korzystają z danych z wielu czujników, unikają zakłóceń harmonicznych poprzez obliczenia i dokładnie odzwierciedlają stan zasilacza w czasie rzeczywistym. Popularne algorytmy obejmują:

• Metoda wbudowanych ograniczeń: Ogranicza parametry zebrane przez czujniki (oryginalne i wewnętrzne fazy) zapewniając unikalne rozwiązania. System pobiera dane zasilacza w czasie rzeczywistym poprzez czujniki i ekstrahuje kluczowe informacje na podstawie charakterystyki urządzenia;

• Metoda kombinacji dowodów: Ekstrahuje dane operacyjne, oblicza na podstawie stanów zasilacza i dostarcza podstaw do oceny awarii;

• Metoda sieci neuronowych (ANN): Wykorzystuje uczenie maszynowe do diagnostyki. Po pierwsze, projektuje topologie dostosowane do czujników; po drugie, mapuje wzorce danych poprzez interakcję sieci-środowiska; na końcu, trenuje modele do automatycznego wykrywania awarii.

2.3.3 Metoda analizy relacji szarą

Jako powszechna metoda diagnostyki uszkodzeń zasilaczy ochronnych oksydów cynku, metoda analizy relacji szarą skupia się na statystycznym analizowaniu wielu czynników wpływających na uszkodzenia. Kwantyfikuje wpływ różnych czynników na uszkodzenia zasilacza, rysując krzywe dopasowania. W praktyce porównuje zmiany kształtu krzywych: wyższe stopnie dopasowania krzywych wskazują na silniejsze korelacje między rzeczywistymi czynnikami awaryjnymi a rzeczywistymi stanami uszkodzeń zasilaczy.

Dla diagnostyki, katę strat dielektrycznych zasilacza zwykle ustawia się jako sekwencję referencyjną \(X_1\), podczas gdy parametry takie jak temperatura, wilgotność i prąd przeciekowy służą jako sekwencje porównawcze \(X_i\). Używając modelu analizy relacji szarą do obliczenia korelacji między każdym czynnikiem a katą strat dielektrycznych, można precyzyjnie identyfikować kluczowe przyczyny awarii, dostarczając danych do decyzji diagnostycznych.

Uzyskane dane są normalizowane, a następnie obliczane są współczynnik korelacji \(\zeta_j(k)\) i stopień korelacji \(\gamma_j\) między każdą daną.

2.4 Ekspercki program monitorowania online

Ekspercki program monitorowania online zasilaczy ochronnych oksydów cynku, jako podprogram systemu monitorowania online, posiada różnorodne funkcje. Może on nie tylko monitorować transformatory, wykrywając częściowe rozładowania i stany gazowe w oleju, ale także monitorować przełączniki i sprzęt kondensatorski. Wspiera ustawianie parametrów wstępnych alarmów dla systemu i zarządzanie sprzętem stacji.

Ponadto, ekspercki program monitorowania online umożliwia użytkownikowi definiowanie wstępnych ustawień zarządzania, ułatwiając przeglądanie historycznych i bieżących danych, oraz sprawdzanie stanu rzeczywistego sprzętu. Po zalogowaniu do systemu, użytkownicy mogą wyszukiwać dane według potrzeb, dostarczając odniesienie dla podejmowania decyzji.

3 Podsumowanie

Awarie zasilaczy ochronnych oksydów cynku mogą poważnie wpływać na bezpieczne działanie systemów sieci energetycznej. Dlatego monitorowanie w czasie rzeczywistym za pomocą systemu monitorowania online jest niezbędne, aby precyzyjnie uchwycić informacje o awarii i podjąć odpowiednie działania.

System monitorowania online zasilaczy ochronnych oksydów cynku realizuje monitorowanie w czasie rzeczywistym poprzez koordynowane działanie centrum monitorowania, inteligentnych urządzeń elektronicznych (IED-Business) do monitorowania online i terminali monitorujących, wykonując pozyskiwanie, przesyłanie i przetwarzanie informacji danych. Tym samym, optymalizując kluczowe technologie, takie jak synchronizacja czasu systemu, redukcja szumów sygnałów monitorowania i diagnostyka uszkodzeń, dostarcza dokładne dane do systemu, zapewniając stabilne działanie zasilaczy ochronnych oksydów cynku i wzmocnienie bezpieczeństwa sieci energetycznej.