Продвинутая онлайн-система мониторинга для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения: ключевые технологии и диагностика неисправностей

1 Архитектура системы онлайн-мониторинга для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения

Система онлайн-мониторинга для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения состоит из трех уровней: уровня управления станцией, уровня ячейки и уровня процесса.

• Уровень управления станцией: включает центр мониторинга, глобальную систему позиционирования (GPS) и источник сигнала времени B-кода.

• Уровень ячейки: состоит из интеллектуальных электронных устройств (IEDs) для онлайн-мониторинга.

• Уровень процесса: включает терминалы мониторинга для трансформаторов напряжения (PTs) и трансформаторов тока (CTs), как показано на рисунке 1.

В этой системе каждое устройство выполняет определенную функцию:

• Центр мониторинга: классифицирует и агрегирует данные о состоянии оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения, анализирует состояние каждого устройства. Операторы получают доступ к реальному времени через бэкенд системы. Информация визуализируется на дисплеях с помощью отчетов, статистических диаграмм и кривых, обеспечивая удобное взаимодействие. В случае неисправностей система немедленно генерирует тревогу, чтобы своевременно устранить неполадки и обеспечить работу ограничителя.

• Интеллектуальные электронные устройства (IEDs) для онлайн-мониторинга: выступают в качестве посредников между терминалами мониторинга (которые не могут напрямую подключаться к центру) и центром мониторинга. Они парсят и передают данные, обеспечивая бесперебойный поток информации.

• Терминалы мониторинга: функционируют как фронт-энд сборщики данных, отслеживающие параметры окружающей среды (температуру, влажность), резистивный ток утечки и уровень загрязнения ограничителя. Они также с высокой точностью регистрируют количество ударов молнии. Собранные данные передаются в центр мониторинга через уровень ячейки, что позволяет менеджерам принимать решения на основе данных.

2 Ключевые моменты технологии онлайн-мониторинга для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения
2.1 Синхронизация времени в системах онлайн-мониторинга

Исследования метода основного резистивного тока и гармонического анализа для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения показывают, что синхронизация операций выборки существенно влияет на результаты мониторинга. Несмотря на крайне малые значения тока утечки, небольшие ошибки могут привести к значительным отклонениям. Таким образом, системы онлайн-мониторинга требуют высокой синхронизации выборки, что требует калибровки времени системы техниками. Доступны два метода:

• Синхронизация на основе GPS: обеспечивает синхронизацию в пределах 2 нс, минимизируя временные ошибки;

• Синхронизация на основе кода IRIG-B: обладает высокой устойчивостью к помехам, обеспечивая стабильную передачу сигналов и высокоточное их прием. Однако повышенная точность увеличивает затраты — техники должны выбирать точность (1 мкс, 1 мс, 10 мс, 1 с) в зависимости от минимальных требований разрешения системы.

Синхронизация на основе кода IRIG-B является экономически эффективной. Хотя она менее точна, чем GPS, она удовлетворяет потребностям системы. Поэтому техники могут использовать IRIG-B для синхронизации, чтобы обеспечить согласованность выборки.

2.2 Уменьшение шума в сигналах онлайн-мониторинга

При сборе данных с оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения возникают множественные помехи. Учитывая крайне малые значения тока утечки, необработанный шум вызывает отклонения в мониторинге, не отражая реальное состояние устройства. Техники должны выбирать соответствующие алгоритмы снижения шума — широко используется вейвлет-деношинг: он декомпозирует сигналы, сохраняет полезное содержание, устанавливает коэффициенты бесполезных компонентов в 0 и извлекает полезную информацию после повторной декомпозиции.

2.3 Диагностика неисправностей в онлайн-мониторинге
2.3.1 Значение диагностики неисправностей

По мере увеличения масштабов электрооборудования безопасность энергосистем становится критической. Неисправности нарушают подачу электроэнергии и создают риск для безопасности персонала, что делает онлайн-мониторинг и диагностику неисправностей оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения необходимыми. Система мониторит состояние изоляции, прогнозирует риски и поддерживает обслуживание. Однако онлайн-данные обширны, сложны и избыточны, что мешает точности мониторинга.

Для обеспечения точности диагностики техники предварительно обрабатывают данные: удаляют избыточные данные, исправляют ошибки и предоставляют надежные входные данные. Кроме того, резистивный ток оксидно-цинкового ограничителя зависит от погоды, температуры, магнитных полей и помех, что усложняет диагностику. Эффективная обработка данных с помощью технических средств критически важна для диагностики.

2.3.2 Алгоритм слияния информации от нескольких датчиков

Алгоритмы слияния информации, являющиеся основой обработки данных онлайн-мониторинга, интегрируют многоуровневую информацию для комплексного анализа. Алгоритмы слияния данных от нескольких датчиков используют данные с нескольких датчиков, избегают гармонических помех при расчетах и точно отражают реальное состояние ограничителя. Общие алгоритмы включают:

• Метод встроенных ограничений: ограничивает параметры, собранные датчиками (оригинальные и внутренние фазы), чтобы обеспечить уникальные решения. Система получает реальные данные ограничителя через датчики и извлекает ключевую информацию на основе характеристик устройства;

• Метод комбинирования доказательств: извлекает эксплуатационные данные, рассчитывает на основе состояния ограничителя и предоставляет основу для определения неисправностей;

• Метод искусственной нейронной сети (ANN): использует машинное обучение для диагностики. Во-первых, проектируются топологии, адаптированные к датчикам; во-вторых, картографируются модели данных через взаимодействие сети с окружающей средой; в-третьих, модели обучаются для автоматического обнаружения неисправностей.

2.3.3 Метод серого отношения

Как распространенный подход к диагностике неисправностей оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения, метод серого отношения сосредоточен на статистическом анализе множества факторов, влияющих на неисправности. Он количественно оценивает влияние различных факторов на неисправности ограничителей, строя кривые подгонки. На практике сравниваются изменения формы кривых: более высокая степень подгонки кривых указывает на более сильную корреляцию между факторами, влияющими на реальные неисправности, и фактическим состоянием ограничителей.

Для диагностики диэлектрический угол потерь ограничителя обычно устанавливается как эталонная последовательность \(X_1\), в то время как параметры, такие как температура, влажность и ток утечки, служат сравнительными последовательностями \(X_i\). Используя модель серого отношения для расчета корреляции между каждым фактором и диэлектрическим углом потерь, можно точно идентифицировать ключевые причины неисправностей, предоставляя данные для принятия решений по диагностике.

Полученные данные нормализуются, и рассчитываются коэффициент корреляции \(\zeta_j(k)\) и степень корреляции \(\gamma_j\) между каждым набором данных.

2.4 Экспертное программное обеспечение для онлайн-мониторинга

Экспертное программное обеспечение для онлайн-мониторинга оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения, будучи подпрограммой системы онлайн-мониторинга, обладает разнообразными функциями. Оно может не только мониторить трансформаторы, обнаруживать частичные разряды и газовые условия в масле, но также мониторить выключатели и конденсаторные устройства. Оно поддерживает установку параметров предварительной тревоги для системы и управление оборудованием подстанции.

Кроме того, экспертное программное обеспечение для онлайн-мониторинга позволяет пользователю настраивать предварительное управление, облегчая просмотр исторических и текущих данных, а также проверку реального состояния оборудования. После входа в систему пользователи могут запрашивать данные по мере необходимости, предоставляя основу для принятия решений.

3 Заключение

Неисправности оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения могут серьезно повлиять на безопасную работу энергосистем. Поэтому реальное время обнаружения с помощью системы онлайн-мониторинга необходимо для точного получения информации о неисправностях и своевременного их устранения.

Система онлайн-мониторинга для оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения обеспечивает реальное время мониторинга через координированную работу центра мониторинга, устройств IEE-Business для онлайн-мониторинга и терминалов мониторинга, завершая сбор, передачу и обработку данных. Одновременно, путем оптимизации ключевых технологий, таких как синхронизация времени системы, снижение шума в сигналах мониторинга и диагностика неисправностей, она предоставляет точные данные системе, обеспечивая стабильную работу оксидно-цинковых ограничителей перенапряжения и укрепляя безопасность энергосети.