Покращена онлайн система моніторингу для оксидно-цинкових грозозахисних пристроїв: ключові технології та діагностика вад

1 Архітектура системи онлайн-моніторингу варістрів з оксиду цинку

Система онлайн-моніторингу варістрів з оксиду цинку складається з трьох шарів: станційний керуючий шар, байовий шар та процесний шар.

• Станційний керуючий шар: Включає моніторинговий центр, глобальну систему позиціювання (GPS) та джерело годин B-коду.

• Байовий шар: Складається з інтелектуальних електронних пристроїв (IEDs) для онлайн-моніторингу.

• Процесний шар: Має термінали моніторингу для потенціометрів (PTs) та трансформаторів струму (CTs), як показано на рисунку 1.

У цій системі кожен пристрій виконує певну функцію:

• Моніторинговий центр: Класифікує та агрегує дані про стан варістрів з оксиду цинку, аналізує робочі умови кожного пристрою. Оператори мають доступ до реального часу до продуктивності варістрів через бекенд системи. Інформація візуалізується на дисплеях за допомогою звітів, статистичних графіків та кривих, забезпечуючи зручне взаємодію. У разі виникнення аварій, система негайно спрацьовує сигнал тривоги, щоб запобігти своєчасному виявленню та усуненню несправностей, забезпечуючи безперебійну роботу варістрів.

• Інтелектуальні електронні пристрої (IEDs) для онлайн-моніторингу: Діють як посередники комунікації між терміналами моніторингу (що не можуть напряму з'єднуватися з центром) та моніторинговим центром. Вони аналізують та передають дані, забезпечуючи безперервний потік інформації.

• Термінали моніторингу: Функціонують як передні колектори даних, відстежуючи параметри середовища (температура, вологість), резистивний струм утечки та рівень забруднення варістрів. Вони також точно зараховують кількість ударів блискавок. Зібрані дані передаються до моніторингового центру через байовий шар, надаючи менеджерам можливість прийняття рішень на основі даних.

2 Ключові моменти технології онлайн-моніторингу варістрів з оксиду цинку
2.1 Синхронізація часу в системах онлайн-моніторингу

Дослідження фундаментального методу резистивного струму та гармонічного аналізу для варістрів з оксиду цинку показує, що синхронізація операцій збору даних значно впливає на результати моніторингу. Незважаючи на надзвичайно малі значення струму утечки, невеликі помилки можуть призводити до великих відхилень. Тому системи онлайн-моніторингу потребують високої точності синхронізації збору даних, що вимагає техніків калібрувати час системи. Є два методи:

• Синхронізація на основі GPS: Досягає синхронізації в межах 2нс, мінімізуючи помилки часу;

• Синхронізація за допомогою коду IRIG-B: Має сильні протизакінчення, забезпечуючи стабільне передавання сигналу та високоточне його отримання. Проте, надмірна точність збільшує вартість — техніки повинні вибирати точність (1мкс, 1мс, 10мс, 1с) залежно від мінімальної роздільної здатності системи.

Синхронізація за допомогою коду IRIG-B є економічною. Хоча вона менш точна, ніж GPS, вона задовольняє потреби системи. Тому техніки можуть використовувати IRIG-B для синхронізації, щоб забезпечити послідовність збору даних.

2.2 Зниження шуму в сигналах онлайн-моніторингу

Збирання даних варістрів з оксиду цинку стикається з численними завадами. Враховуючи надзвичайно малі значення струму утечки, неперероблені шуми призводять до відхилення моніторингу, не відображаючи реального стану пристрою. Техніки повинні вибирати відповідні алгоритми зниження шуму — широко використовується вейвлет-зниження шуму: він розкладає сигнали, зберігає корисний контент, встановлює непотрібні коефіцієнти на 0, і витягує корисну інформацію після повторного розкладання.

2.3 Діагностика несправностей в онлайн-моніторингу
2.3.1 Значення діагностики несправностей

З розширенням масштабів електрообладнання, безпека електроенергетичних систем стає критично важливою. Несправності призводять до переривання поставок електроенергії та загрози безпеці особистого складу, що робить онлайн-моніторинг та діагностику несправностей варістрів з оксиду цинку необхідними. Система моніторить умови ізоляції, прогнозує ризики та підтримує обслуговування. Однак, онлайн-дані є великими, складними та надлишковими, що заважає точності моніторингу.

Для забезпечення точності діагностики, техніки передобрабляють дані: видаляють надлишковість, виправляють помилки та надають надійні вхідні дані. Окрім того, резистивний струм варістрів з оксиду цинку впливає на погоду, температуру, магнітні поля та завади сигналу, що збільшує складність діагностики. Ефективна обробка даних за допомогою технічних засобів є ключовою для діагностики.

2.3.2 Алгоритм фузії інформації від багатьох датчиків

Алгоритми фузії інформації, які є основними для обробки даних онлайн-моніторингу, інтегрують інформацію різних рівнів для комплексного аналізу. Алгоритми фузії даних від багатьох датчиків використовують дані від кількох датчиків, уникують гармонічних завад за допомогою розрахунків, і точно відображають реальний стан варістрів. Поширені алгоритми включають:

• Метод вбудованих обмежень: Обмежує параметри, зібрані датчиками (початкові та внутрішні фази), щоб забезпечити єдині розв'язки. Система отримує дані про варістри в реальному часі через датчики та витягує ключову інформацію на основі характеристик пристрою;

• Метод поєднання доказів: Витягує операційні дані, розраховує на основі станів варістрів, і надає підставу для виявлення несправностей;

• Метод штучних нейронних мереж (ANN): Використовує машинне навчання для діагностики. Спочатку проектується топологія, спеціалізована для датчиків; наступним кроком є відображення шаблонів даних через взаємодію мережі з оточенням; нарешті, моделі навчаються автоматично виявляти несправності.

2.3.3 Метод греї реляційного аналізу

Як звичайний підхід до діагностики несправностей варістрів з оксиду цинку, метод греї реляційного аналізу зосереджується на статистичному аналізі численних факторів, що впливають на несправності. Він кількісно оцінює вплив різних факторів на несправності варістрів, будуючи криві відповідності. На практиці, порівнюються зміни форми кривих: вищі ступені відповідності кривих вказують на сильніші кореляції між реальними факторами несправностей та фактичними станами варістрів.

Для діагностики, зазвичай, кут втрат диелектрика варістра встановлюється як референтна послідовність X₁, тоді як параметри, такі як температура, вологість та струм утечки, служать як порівняльні послідовності X_i. Використовуючи модель греї реляційного аналізу для розрахунку кореляції між кожним фактором та кутом втрат диелектрика, можна точно виявити ключові причини несправностей, надаючи даних для діагностичних рішень.

Отримані дані нормалізуються, і розраховуються коефіцієнт кореляції ζ_j(k) та степінь кореляції γ_j між кожними даними.

2.4 Експертне програмне забезпечення для онлайн-моніторингу

Експертне програмне забезпечення для онлайн-моніторингу варістрів з оксиду цинку, яке є підпрограмою системи онлайн-моніторингу, має різноманітні функції. Воно може не тільки моніторити трансформатори, виявляючи часткові розряди та газові умови в олії, але також моніторити вимикачі та конденсаторне обладнання. Воно підтримує встановлення параметрів попереднього сигналу для системи та управління обладнанням підстанції.

Крім того, експертне програмне забезпечення для онлайн-моніторингу дозволяє користувачам визначати власні налаштування, що сприяє перегляду історичних та поточних даних, а також перевірці реального стану обладнання. Після входу в систему, користувачі можуть запитувати дані за потребою, що надає основу для їх рішень.

3 Висновки

Несправності варістрів з оксиду цинку можуть серйозно впливати на безпечну роботу систем електроенергетичних мереж. Тому, реальний час виявлення за допомогою системи онлайн-моніторингу є необхідним для точного володіння інформацією про несправності та своєчасного їх усунення.

Система онлайн-моніторингу варістрів з оксиду цинку досягає реального часу моніторингу через координовану роботу моніторингового центру, пристроїв IED-Business для онлайн-моніторингу та терміналів моніторингу, завершуючи збор, передачу та обробку інформації. Одночасно, оптимізація ключових технологій, таких як синхронізація часу системи, зниження шуму в сигналах моніторингу та діагностика несправностей, забезпечує точні дані для системи, гарантує стабільну роботу варістрів з оксиду цинку та підсилює безпеку електроенергетичної мережі.