Práctica de la Transformación de Interruptores Inteligentes en la Sección de Trabajo de 6kV de una Central Eléctrica

Debido a la larga vida útil y el envejecimiento severo del equipo, los interruptores en la sección de trabajo de 6kV de la Unidad 6 de una cierta planta de energía tienen riesgos potenciales de seguridad como clavijas de localización deformadas, posiciones anormales de cierre de los interruptores de tierra y fallas en los dispositivos de protección. Estos riesgos han amenazado la operación estable de la unidad, haciendo que la transformación sea extremadamente urgente. Al mismo tiempo, considerando los recientes casos de accidentes eléctricos con víctimas mortales involucrando interruptores de media tensión, hemos decidido adoptar gabinetes de interruptores inteligentes. Implantamos de forma remota el programa de control inteligente en el ECMS existente, configuramos mecanismos de operación eléctrica, monitoreo visual y sistemas de monitoreo en línea para lograr la operación con un solo botón y la alerta temprana del estado, manteniendo al personal alejado del equipo en sí y asegurando la seguridad operativa.

1. Objetivos Generales de la Transformación de Gabinetes de Interruptores Inteligentes

El gabinete de interruptor inteligente puede monitorear de forma remota los parámetros eléctricos del equipo tradicional a través de dispositivos de control, medición y comunicación. Utiliza mecanismos eléctricos para completar el acoplamiento/desacoplamiento de los interruptores y la apertura/cierre de los interruptores de tierra, logrando la operación inteligente. Esta transformación se enfoca en dos funciones principales: "automatización de la operación" y "monitoreo de estado". También integra los dispositivos de monitoreo en línea de armónicos existentes y los dispositivos de monitoreo en línea de aislamiento de motores para mejorar la capacidad de percepción del estado del equipo. Para problemas comunes como el sobrecalentamiento de terminales de cables, atascamiento de mecanismos, características anormales de interruptores y bajo aislamiento de motores, se realiza la alerta temprana y el diagnóstico basado en datos de monitoreo en línea, proporcionando soporte para la operación confiable del equipo.

2. Esquema de Transformación de Gabinetes de Interruptores Inteligentes
(1) Realización de la Automatización de la Operación

Implantamos de forma remota el programa de control inteligente en el ECMS. Considerando que las unidades MRC existentes de ABB solo admiten cableado rígido, para reducir el costo de tendido de cables y dispositivos adicionales de medición y control, utilizamos el conmutador industrial Wislink2000 en el ECMS para comunicarse con los dispositivos de protección integrados de la serie WDZ - 5200 del mismo fabricante en el gabinete de interruptores a través de RS485. Luego, los dispositivos de protección se conectan a las unidades MRC a través de cableado rígido. Finalmente, se realizan las funciones de operación eléctrica de los interruptores/contactores y los interruptores de tierra, simplificando el enlace de control y mejorando la eficiencia operativa.

(2) Monitoreo de Estado y Optimización de Operación y Mantenimiento

En el lado del monitoreo de estado, se configuran dispositivos de detección inteligentes para el monitoreo en línea de temperatura y las características mecánicas de los interruptores, e integran dispositivos de monitoreo en línea de armónicos y dispositivos de monitoreo en línea de aislamiento. Con base en el sistema local ABB MyRemoteCare, se evalúa en tiempo real el estado de salud del equipo y se predice la probabilidad de fallo del equipo. A través de este método, se promueve que el mantenimiento y operación del equipo se transforme del modo de "mantenimiento preventivo" al modo de "gestión predictiva proactiva", optimizando el modo de operación y mantenimiento, reduciendo la probabilidad de fallos del equipo y asegurando la operación estable a largo plazo de la unidad.

3. Descripción de las Funciones de Automatización de la Operación
(1) Mecanismo de Protección de Accionamiento Eléctrico Completo

El interruptor está equipado con un dispositivo de protección de accionamiento por motor profesional. Cuando ocurren condiciones de trabajo anormales como atascamientos, la corriente de salida del motor aumenta, lo que activa el programa de protección para cortar la alimentación del motor, bloquear la operación eléctrica y activar la luz indicadora de protección con una señal de fallo para evitar daños mecánicos irreversibles.

Para la operación eléctrica del carro interruptor/contactador y el interruptor de tierra, el diseño es el siguiente:

• Cambio Eléctrico del Carro: Se agrega un motor de accionamiento al chasis del carro para arrastrar el cuerpo del carro para cambiar entre la posición de trabajo y la posición de prueba. Se configura una unidad de monitoreo inteligente con función antiatascamiento para evitar eficazmente el mal juicio de fallos mecánicos del carro; cuando ocurre un fallo del motor, protege automáticamente el motor y el mecanismo de accionamiento, con la luz indicadora de fallo encendida y una señal de alarma emitida.

• Interbloqueo del Interruptor de Tierra: La operación eléctrica del interruptor de tierra está interbloqueada con el carro interruptor/contactador. El modo de operación totalmente eléctrico del carro e interruptor de tierra mejora significativamente la eficiencia operativa y asegura la seguridad del operador—los operadores ya no necesitan entrar en la sala de interruptores para realizar operaciones en el sitio, reduciendo el tiempo de espera para el cambio de carga y evitando lesiones personales por fallos de operación.

(2) Lógica de Operación Programada

• Operación Secuencial con un Botón: Al recibir una orden de cierre del interruptor, el sistema abre primero el interruptor de tierra, luego acopla eléctricamente el carro del interruptor; después de que el carro esté en su lugar, se puede ejecutar la operación de cierre desde el DCS (la operación de apertura es inversa). Soporta el cambio remoto del gabinete de interruptores entre los estados de mantenimiento de tierra, reserva fría, reserva caliente y operación para lograr el control secuencial.

• Requisitos de Modo de Operación: Equipado con dispositivos de operación eléctrica para interruptores/contactores e interruptores de tierra, así como dispositivos de monitoreo visual de todo el proceso, para lograr la visualización remota de interruptores y interruptores de tierra para el seguimiento intuitivo del estado operativo y la gestión diaria de negocios. Cumple con los requisitos de operación y mantenimiento seguros, permitiendo el control centralizado remoto o local; las operaciones manuales y eléctricas pueden cambiarse libremente e interbloquearse para asegurar la seguridad de la operación.

4. Descripción de las Funciones de Monitoreo de Estado
(1) Diagnóstico en Tiempo Real Basado en Cambios de Carga

Para identificar oportunamente defectos y riesgos ocultos potenciales del equipo, emitir alertas tempranas, prevenir la escalada de problemas y reducir la probabilidad de apagones inesperados, se adopta la tecnología de radiofrecuencia inalámbrica para recopilar y monitorear en tiempo real parámetros como el aumento de temperatura de contactos/terminales de cables e interruptores y la asincronía dinámica de las características de los interruptores. Al mismo tiempo, los registros de operación recopilados por el sistema de monitoreo y diagnóstico en línea durante la operación a largo plazo proporcionan una base confiable para la evaluación de la salud del equipo.

(2) Esquema de Monitoreo en Línea de Temperatura para Gabinetes de Interruptores

• Distribución de Medición de Temperatura: 6 puntos para los contactos móviles del interruptor (contactos superior e inferior) y 3 puntos para el lado del cable; 3 puntos para el lado de la barra colectora superior, 3 puntos para el brazo de contacto inferior y 3 puntos para el lado del cable del contactor.

• Características Técnicas: La medición de temperatura del interruptor adopta un diseño incorporado para evitar la exposición en el brazo o dedo de contacto; todos los módulos de medición de temperatura utilizan comunicación de radiofrecuencia inalámbrica autónoma sin baterías. Cuando se reemplazan interruptores/contactores, el dispositivo de monitoreo en línea de temperatura puede identificar rápidamente el nuevo equipo y emparejarse con él automáticamente para asegurar la compatibilidad del gabinete de interruptores y el interruptor, lo cual se realiza mediante la adaptación automática a la unidad de detección del gabinete sin intervención manual (es decir, sin reemplazar elementos de medición de temperatura).

(3) Lógica de Monitoreo Remoto de Vídeo

Se configura equipo de monitoreo de vídeo dentro del gabinete de interruptores para transmitir imágenes de monitoreo de forma remota, permitiendo a los usuarios ver en tiempo real el estado de operación del equipo a través de la computadora principal y asegurar la operación estable del equipo.

• Requisitos Técnicos de Vídeo en Línea: Cuando se selecciona una operación de equipo en el sistema de operación (ECMS), el sistema visual cambia automáticamente al vídeo del equipo operado después de emitir la orden, grabando todo el proceso de operación para observar y juzgar directamente si el proceso y estado de operación de los interruptores/contactores e interruptores de tierra están en su lugar y el contacto es bueno, cumpliendo con los requisitos de inspección remota. La cámara se instala directamente en el compartimento de alta tensión, verificada para el rendimiento de aislamiento y compatibilidad electromagnética del gabinete de interruptores, y se conecta al sistema de monitoreo de vídeo a través de Ethernet para monitorear el estado de los carros de interruptores/contactores, las puertas del gabinete de interruptores e interruptores de tierra. El terminal de vídeo puede llamar a las imágenes de monitoreo de las partes correspondientes para la inspección remota sin personal en el sitio. Cuando se opera el gabinete de interruptores de forma remota, la cámara retroalimenta automáticamente imágenes de monitoreo de vídeo a través de la detección de movimiento, permitiendo a los operadores monitorear en línea el proceso y estado de la operación eléctrica a través de la computadora principal, eliminando la tediosa confirmación en el sitio.

(4) Principio de Monitoreo en Línea de Armónicos

Cuando el equipo eléctrico opera en condiciones anormales o degradadas, genera armónicos de alto orden de diferentes frecuencias. El grado de degradación del equipo se determina a través del proceso de cálculo de "contenido armónico relativo → valor indicador → valor estándar": primero, se divide el contenido relativo de cada armónico de corriente por la distorsión total de armónicos de corriente del orden predeterminado para obtener el valor indicador; luego, la función armónica de cada orden formada por el valor indicador se multiplica por el valor calculado para el diagnóstico de cada orden derivado del contenido armónico relativo de cada orden para obtener el valor estándar; finalmente, se compara el valor indicador con el valor estándar para determinar el grado de degradación del equipo.

• Composición del Sistema: Consiste en un sistema de adquisición de datos (responsable de la recolección en línea en tiempo real de datos de armónicos de alto orden del motor) y un sistema de análisis de datos (se apoya en software de análisis para el análisis en tiempo real de datos de armónicos de alto orden y la alerta temprana de fallos). Todo el sistema utiliza sensores de adquisición de armónicos de alto orden sin contacto para recopilar en línea datos de equipos en operación, y determina el grado de degradación del equipo a través del análisis integral de componentes de armónicos de alto orden y sus tasas de contenido, proporcionando una base para el mantenimiento.

(5) Práctica de Monitoreo en Línea de Aislamiento de Motores

Se requiere la prueba de aislamiento para determinar el estado de aislamiento de los motores de alta tensión antes de la transmisión de energía y durante la espera diaria, lo cual es un eslabón clave en la operación y mantenimiento del equipo y un medio efectivo para garantizar la seguridad del sistema. Para las necesidades regulares de prueba de aislamiento de motores abiertos (como los motores de bombas de agua de circulación y los motores de bombas de alimentación) y los motores en espera a largo plazo en la unidad, se han equipado dispositivos de monitoreo en línea de aislamiento. Se utiliza el método de inyección de alta tensión DC para la medición de aislamiento de cables o bobinados de motores; cuando la línea está desconectada, el dispositivo de monitoreo de aislamiento inicia automáticamente el monitoreo de aislamiento del circuito de alimentación, mostrando en tiempo real los valores de aislamiento del equipo en espera para facilitar la operación y mantenimiento diarios.

5. Discusión sobre Direcciones de Mejora
(1) Gestión Centralizada de Energía de Control

Introducir mini interruptores inteligentes controlados por línea accesibles a DCS, ECMS o NCS para lograr el control centralizado de la energía de control. Cooperar con el acoplamiento/desacoplamiento del equipo principal y las operaciones de conmutación para completar el control secuencial de todo el proceso, integrándose profundamente en la gestión y optimización de la operación.

(2) Mejora del Sistema de Monitoreo de Aislamiento

Agregar terminales de monitoreo en línea de aislamiento de motores (que admiten el monitoreo de corriente residual de los circuitos de motores cuando el motor está energizado) para mejorar el monitoreo de todo el proceso del rendimiento de aislamiento de equipos en espera y en operación:

• Reducir la carga de trabajo de pruebas de aislamiento regulares y los riesgos de operación;

• Colaborar con el monitoreo de armónicos y MRC para proporcionar una base para el mantenimiento basado en el estado del equipo;

• Los datos de aislamiento pueden comunicarse con el fondo a través de señales RS 485 o generar señales de alerta/alarma de aislamiento/corriente de fuga a través de cableado rígido para el interbloqueo automático de calentadores eléctricos y motores.

(3) Optimización de Integración del Sistema

Conectar todos los procesos de operación de los interruptores inteligentes a la DCS principal para reemplazar el ECMS independiente, reduciendo los costos de inversión, facilitando el control y gestión centralizados de la DCS del equipo, optimizando y centralizando el trabajo de inspección, y reduciendo los recursos humanos.

6. Conclusión

Los gabinetes de interruptores de 6kV juegan un papel clave en el sistema de energía de la planta, con el monitoreo de operación, el cambio de potencia, las pruebas de aislamiento y el mantenimiento siendo indispensables en la operación y mantenimiento diarios. Para la construcción de plantas inteligentes, los gabinetes de interruptores de 6kV deben centrarse en garantizar la seguridad del personal, la operación confiable del equipo, la reducción de la intensidad laboral y el mantenimiento basado en el estado, optimizando continuamente el modo de operación y mantenimiento existente para lograr una operación más segura, eficiente y económica.