Принципи виявлення дефектів та онлайн-діагностика вторинних цепів електронного перетворювача струму

1 Принцип і роль електронних трансформаторів струму
1.1 Принцип роботи ЕСТ

Електронний трансформатор струму (ЕСТ) є ключовим пристроєм для управління безпечними операціями електромережі, перетворюючи великі струми на зручні малі струмові сигнали для вимірювання та керування. На відміну від традиційних трансформаторів (які спираються на безпосередні взаємодії магнітного поля між первинною та вторинною обмотками), ЕСТ використовують датчики (наприклад, датчики ефекту Холла) для виявлення змін магнітного поля від первинної обмотки. Ці датчики видають аналогові сигнали (пропорційні первинному струму) для обробки електронними схемами (усилення, фільтрація або цифровання). Сучасні ЕСТ часто видають цифрові сигнали для безпосереднього використання системами захисту, вимірювання та керування. ЕСТ перевершують традиційні електромагнітні трансформатори за точністю, динамічним діапазоном та швидкістю відгуку, бутиши меншими, легшими та дозволяючи передові технології обробки/зв'язку даних.

1.2 Роль ЕСТ у електромережах

ЕСТ забезпечують високоточні вимірювання струму, які є важливими для моніторингу, керування та захисту електромереж (наприклад, запобігання перевантаженням/коротким замиканням). Вони гарантують безпеку обладнання та персоналу та зменшують простої електромережі. Для вимірювання та оплати електроенергії точність ЕСТ забезпечує справедливі ціни на електроенергію на високовольтажних лініях з великим струмом. Точні дані також допомагають оптимізувати ефективність та стабільність системи.

1.3 Структура вторинної схеми

Вторинна схема ЕСТ (основний компонент) включає датчики (наприклад, ефекту Холла), схеми обробки сигналів, аналого-цифрові конвертери (АЦП) та інтерфейси зв'язку. Компоненти працюють разом для точного захоплення та передачі сигналів. Сучасні ЕСТ мають функцію самодіагностики для моніторингу продуктивності та виявлення несправностей, адаптування до потреб більш розумних електромереж.

2 Типи несправностей вторинної схеми в ЕСТ
2.1 Несправності відкритого контуру

Спричинені перерваними проводами, розслабленими з'єднаннями або старінням ізоляції, несправності відкритого контуру призводять до порушення потоку струму, що призводить до неправильних (наприклад, нульових/низьких) вимірювань. Це ставить під загрозу правильність дій захисту та керування, завдаючи шкоди безпеці системи.

2.2 Несправності короткого замикання

Виникають, коли небажані з'єднання провідників (наприклад, пошкодження ізоляції) призводять до гострих стрибків струму, що ставить під загрозу перегрівання/вогню обладнання. Вони destabilize системи, можуть завдати шкоди пристроям або викликати невірне спрацювання систем захисту.

2.3 Несправності заземлення

Виникають через неправильне заземлення вторинної схеми (наприклад, пошкодження ізоляції). Вони змінюють шляхи струму, призводячи до помилок вимірювання, невірного спрацювання систем захисту або електричних ударів (небезпечні при технічному обслуговуванні).

2.4 Несправності перевантаження

Виникають, коли струм перевищує проектну здатність (наприклад, через аномалії системи). Перевантаження призводять до перегрівання компонентів, вироблення ізоляції або вигоряння обладнання. Вони виявляються за допомогою моніторингу струму та температури, ставлячи під загрозу довготривалий шкоду системі.

2.5 Інтерференція електричного шуму

Зовнішні та внутрішні джерела (наприклад, EMI, RFI) створюють шум, який деформує сигнали, призводячи до помилок вимірювання або невірного спрацювання систем захисту (наприклад, необхідне відключення).

2.6 Несправності, впливаючі на температуру

Екстремальні температури порушують продуктивність: висока температура виробляє напівпровідники/ізоляцію (збільшуючи ризики короткого замикання); низька температура пошкоджує компоненти. Це призводить до помилок вимірювання або невірного спрацювання систем захисту.

2.7 Несправності, пов'язані з корозією та старінням

Поступова втрата продуктивності компонентів (провода, ізоляція) через екологічні фактори (наприклад, вологість, хімічні речовини) зменшує електричну продуктивність, збільшуючи ризики короткого замикання та несправностей заземлення.

3 Методи онлайн-діагностики несправностей вторинної схеми ЕСТ
3.1 Збирання сигналів

Залежить від датчиків (наприклад, ефекту Холла/трансформаторів струму) та АЦП. Датчики ефекту Холла вимірюють струм незалежно, забезпечуючи безпеку та точність. АЦП перетворюють аналогові сигнали в цифровий формат для обробки. Високоскоростні АЦП захоплюють ніжні зміни сигналів, дозволяючи швидке виявлення несправностей.

3.2 Аналіз у часовій області

Включає аналіз форми сигналу та статистичний аналіз. Аналіз форми сигналу перевіряє наявність нерегулярностей (наприклад, асиметрії/стрілок, що свідчать про відмови компонентів). Статистичний аналіз (наприклад, середнє значення/стандартне відхилення) визначає стабільність/розподіл сигналу, виявляючи флуктуації, викликані несправностями.

3.3 Виявлення несправностей на основі моделей

Виявлення за пороговими значеннями використовує передустановлені межі для активування сигналів тривоги при неправильних сигналах (на основі історичних даних/експертних знань). Порівняння моделей (покращене) порівнює реальні дані з “здоровою” моделлю системи, виявляючи відхилення для точного діагнозу несправностей.

3.4 Локація несправностей на основі знань

Аналіз дерева несправностей (FTA) відображає логіку несправностей для визначення кореневих причин через ієрархічний аналіз під-несправностей. Експертні системи (симулюючи людську експертність) використовують правила (історичні дані/попередні знання) для точного визначення місця несправності, обробляючи складні сценарії.

3.5 Моніторинг теплового зображення

Інфрачервоні теплові камери виявляють неправильне тепло (наприклад, від перевантаження/старіння ізоляції) в ЕСТ. Безпосередній та реальний час, вони дозволяють безпечну діагностику несправностей без переривання роботи. У поєднанні з іншими методами, вони покращують точність (виправляючи обмеження, такі як несправності, не пов'язані з температурою).

Ключові моменти

ЕСТ надають переваги над традиційними трансформаторами, але стикаються з несправностями вторинної схеми (наприклад, відкритий/короткий контур, шум). Онлайн-діагностика (збирання сигналів, аналіз у часовій області, методи на основі моделей/знань, теплове зображення) забезпечує надійну роботу, адаптуючись до потреб сучасних електромереж.