Prática da Transformação de Disjuntores Inteligentes na Seção de Trabalho de 6kV de uma Usina Elétrica

Devido à longa vida útil e ao envelhecimento severo do equipamento, os disjuntores na seção de trabalho de 6kV da Unidade 6 de uma determinada usina têm riscos potenciais de segurança, como pinos de localização deformados, posições anormais de fechamento dos disjuntores de aterramento e falhas nos dispositivos de proteção. Esses riscos ameaçam a operação estável da unidade, tornando a transformação extremamente urgente. Ao mesmo tempo, considerando os recentes casos de acidentes elétricos envolvendo disjuntores de média tensão, decidimos adotar quadros de disjuntores inteligentes. Implantamos remotamente o programa de controle inteligente no ECMS existente, configuramos mecanismos de operação elétrica, monitoramento visual e sistemas de monitoramento online para alcançar a operação com um botão e alertas antecipados de status, mantendo o pessoal afastado do próprio equipamento e garantindo a segurança operacional.

1. Objetivos Gerais da Transformação dos Quadros de Disjuntores Inteligentes

Os quadros de disjuntores inteligentes podem monitorar remotamente os parâmetros elétricos do equipamento tradicional por meio de dispositivos de controle, medição e comunicação. Utilizam mecanismos elétricos para completar o encaixe/desencaixe dos disjuntores e a abertura/fechamento dos disjuntores de aterramento, alcançando a operação inteligente. Esta transformação se concentra em duas funções principais: "automação da operação" e "monitoramento de status". Também integra os dispositivos de monitoramento harmônico online existentes e os dispositivos de monitoramento de isolamento de motores online para melhorar a capacidade de percepção do estado do equipamento. Para problemas comuns, como superaquecimento de terminais de cabos, travamento de mecanismos, características anormais de disjuntores e baixo isolamento de motores, são realizados alertas e diagnósticos antecipados com base nos dados de monitoramento online, fornecendo suporte para a operação confiável do equipamento.

2. Esquema de Transformação dos Quadros de Disjuntores Inteligentes
(1) Realização da Automação da Operação

Implantamos remotamente o programa de controle inteligente no ECMS. Considerando que as unidades MRC existentes da ABB apenas suportam conexões por fio, para reduzir o custo de instalação de cabos e dispositivos adicionais de medição e controle, utilizamos o switch industrial Wislink2000 no ECMS para se comunicar com os dispositivos de proteção integrados da série WDZ - 5200 do mesmo fabricante no quadro de disjuntores através de RS485. Em seguida, os dispositivos de proteção são conectados às unidades MRC via fio. Finalmente, as funções de operação elétrica dos disjuntores/contatores e disjuntores de aterramento são realizadas, simplificando o elo de controle e melhorando a eficiência operacional.

(2) Monitoramento de Status e Otimização de Operação e Manutenção

No lado do monitoramento de status, são configurados dispositivos de sensor inteligente para monitoramento de temperatura online e monitoramento das características mecânicas do disjuntor, e são integrados dispositivos de monitoramento harmônico online e dispositivos de monitoramento de isolamento online. Relying on the local ABB MyRemoteCare system, the health status of the equipment is evaluated in real time, and the probability of equipment failure is predicted. Through this method, the equipment operation and maintenance are promoted to transform from the "preventive maintenance" mode to the "proactive predictive management" mode, optimizing the operation and maintenance mode, reducing the probability of equipment failures, and ensuring the long-term stable operation of the unit.

3. Descrição das Funções de Automação da Operação
(1) Mecanismo de Proteção Total Elétrica

O disjuntor é equipado com um dispositivo de proteção de motor profissional. Quando ocorrem condições de trabalho anormais, como travamento, a corrente de saída do motor aumenta, acionando o programa de proteção para cortar a energia do motor, bloquear a operação elétrica e ativar a luz indicadora de proteção com sinal de falha para evitar danos mecânicos irreversíveis.

Para a operação elétrica do carrinho do disjuntor/contator e do disjuntor de aterramento, o design é o seguinte:

• Comutação Elétrica do Carrinho: Um motor de acionamento é adicionado ao chassi do carrinho para rebocar o corpo do carrinho entre a posição de trabalho e a posição de teste. É configurada uma unidade de monitoramento inteligente com função anti-travamento para evitar efetivamente o erro de julgamento de falhas mecânicas do carrinho; quando ocorre uma falha no motor, ele protege automaticamente o motor e o mecanismo de acionamento, com a luz indicadora de falha acesa e um sinal de alarme emitido.

• Intertravamento do Disjuntor de Aterramento: A operação elétrica do disjuntor de aterramento está intertravada com o carrinho do disjuntor/contator. O modo de operação totalmente elétrica do carrinho e do disjuntor de aterramento melhora significativamente a eficiência operacional e garante a segurança do operador—os operadores não precisam mais entrar na sala de disjuntores para operações no local, reduzindo o tempo de espera para a troca de carga e evitando lesões pessoais devido a falhas de operação.

(2) Lógica de Operação Programada

• Operação Sequencial com Um Botão: Ao receber um comando de fechamento do disjuntor, o sistema abre automaticamente o disjuntor de aterramento primeiro, então encaixa eletricamente o carrinho do disjuntor; após o carrinho estar em posição, a operação de fechamento pode ser executada a partir do DCS (a operação de abertura é reversa). Suporta a troca remota do quadro de disjuntores entre manutenção de aterramento, reserva fria, reserva quente e estado de operação para alcançar o controle sequencial.

• Requisitos de Modo de Operação: Equipado com dispositivos de operação elétrica para disjuntores/contatores e disjuntores de aterramento, bem como dispositivos de monitoramento visual de todo o processo, para alcançar a visualização remota de disjuntores e disjuntores de aterramento, rastreamento intuitivo do status de operação e gerenciamento diário de negócios. Atende aos requisitos de operação e manutenção seguras, permitindo controle centralizado remoto ou local; as operações manuais e elétricas podem ser alternadas livremente e intertravadas para garantir a segurança da operação.

4. Descrição das Funções de Monitoramento de Condição
(1) Diagnóstico em Tempo Real Baseado em Mudanças de Carga

Para identificar tempestivamente defeitos e riscos ocultos potenciais do equipamento, emitir alertas, prevenir a escalada de problemas e reduzir a probabilidade de interrupções de energia inesperadas, a tecnologia de rádio frequência sem fio é adotada para coletar e monitorar em tempo real parâmetros como o aumento de temperatura dos contatos/terminais de condução e a asincronia dinâmica do disjuntor. Além disso, os registros de operação coletados pelo sistema de monitoramento e diagnóstico online durante a operação de longo prazo fornecem uma base confiável para a avaliação da saúde do equipamento.

(2) Esquema de Monitoramento de Temperatura Online para Quadros de Disjuntores

• Disposição de Medição de Temperatura: 6 pontos para contatos móveis do disjuntor (contatos superior e inferior) e 3 pontos para o lado do cabo; 3 pontos para o lado do ramo do barramento superior, 3 pontos para o braço de contato inferior e 3 pontos para o lado do cabo do contato do contatores.

• Características Técnicas: A medição de temperatura do disjuntor adota um design embutido para evitar exposição no braço ou dedo de contato; todos os módulos de medição de temperatura usam comunicação sem fio de rádio frequência autoalimentada, sem necessidade de bateria. Quando disjuntores/contatores são substituídos, o dispositivo de monitoramento de temperatura online pode rapidamente identificar o novo equipamento e parear-se automaticamente com ele para garantir a correspondência do quadro de disjuntores e do disjuntor monitorados, realizado pela adaptação automática à unidade de detecção do gabinete sem intervenção manual (ou seja, sem substituição de elementos de medição de temperatura).

(3) Lógica de Monitoramento Remoto por Vídeo

Equipamentos de monitoramento por vídeo são configurados dentro do quadro de disjuntores para transmitir imagens de monitoramento remotamente, permitindo que os usuários visualizem em tempo real o status de operação do equipamento através do computador principal e garantam a operação estável do equipamento.

• Requisitos Técnicos de Vídeo Online: Quando uma operação de equipamento é selecionada no sistema de operação (ECMS), o sistema visual automaticamente muda para o vídeo do equipamento operado após o comando ser emitido, gravando o processo inteiro de operação para observação e julgamento diretos sobre se o processo e o status de operação dos disjuntores/contatores e disjuntores de aterramento estão corretos e o contato é bom, atendendo aos requisitos de inspeção remota. A câmera é instalada diretamente no compartimento de alta tensão, verificada para desempenho de isolamento e compatibilidade eletromagnética do quadro de disjuntores, e conectada ao sistema de monitoramento por vídeo via Ethernet para monitorar o status do carrinho do disjuntor/contator, portas do quadro de disjuntores e disjuntores de aterramento. O terminal de vídeo pode chamar as imagens de monitoramento das partes correspondentes para inspeção remota sem a presença de pessoal no local. Durante a operação remota do quadro de disjuntores, a câmera alimenta automaticamente imagens de monitoramento por vídeo através da detecção de movimento, permitindo que os operadores monitorem online o processo e o status de operação elétrica através do computador principal, eliminando a tediosa confirmação no local.

(4) Princípio do Monitoramento Harmônico Online

Quando o equipamento elétrico opera em condições anormais ou degradadas, gera harmônicos de alta ordem de diferentes frequências. O grau de degradação do equipamento é determinado através do processo de cálculo de "conteúdo harmônico relativo → valor indicador → valor padrão": primeiro, o conteúdo harmônico relativo de cada ordem de harmônicos de corrente é dividido pela distorção total de harmônicos de corrente da ordem predeterminada para obter o valor indicador; em seguida, a função harmônica de cada ordem formada pelo valor indicador é multiplicada pelo valor calculado para o diagnóstico de cada ordem derivado do conteúdo harmônico relativo de cada ordem para obter o valor padrão; finalmente, o valor indicador é comparado com o valor padrão para determinar o grau de degradação do equipamento.

• Composição do Sistema: Consiste em um sistema de aquisição de dados (responsável pela coleta online em tempo real de dados de harmônicos de alta ordem do motor) e um sistema de análise de dados (confia em software de análise para análise em tempo real de dados de harmônicos de alta ordem e alerta de falhas). O sistema inteiro usa sensores de aquisição de harmônicos de alta ordem sem contato para coletar dados de operação de equipamentos online, e determina o grau de degradação do equipamento através da análise abrangente de componentes de harmônicos de alta ordem e suas taxas de conteúdo, fornecendo uma base para a manutenção.

(5) Prática do Monitoramento de Isolamento de Motores Online

Testes de isolamento são necessários para determinar o estado de isolamento de motores de alta tensão antes da transmissão de energia e durante a espera diária, sendo um elo-chave na operação e manutenção do equipamento e um meio eficaz para garantir a segurança do sistema. Para as necessidades regulares de testes de isolamento de motores abertos (como motores de bombas de água de circulação e motores de bombas de alimentação) e motores de espera de longo prazo na unidade, foram equipados dispositivos de monitoramento de isolamento online. O método de injeção de alta tensão DC é usado para medir o isolamento de cabos ou enrolamentos de motor; quando a linha está desenergizada, o dispositivo de monitoramento de isolamento inicia automaticamente o monitoramento de isolamento do circuito alimentador, exibindo em tempo real os valores de isolamento do equipamento de espera para facilitar a operação e manutenção diárias.

5. Discussão sobre Direções de Melhoria
(1) Gestão Centralizada de Energia de Controle

Introduza disjuntores miniatura inteligentes controlados por linha acessíveis ao DCS, ECMS ou NCS para alcançar o controle centralizado de energia de controle. Coopere com as operações de encaixe/desencaixe e comutação de equipamentos principais para completar o controle sequencial de todo o processo, integrando-se profundamente no gerenciamento e otimização da operação.

(2) Melhoria do Sistema de Monitoramento de Isolamento

Adicione terminais de monitoramento de isolamento de motores online (que suportam o monitoramento de corrente residual de circuitos de motor quando o motor está energizado) para melhorar o monitoramento de todo o processo do desempenho de isolamento de equipamentos em espera e em operação:

• Reduz a carga de trabalho de testes de isolamento regulares e os riscos de operação;

• Colabora com o monitoramento harmônico e o MRC para fornecer uma base para a manutenção baseada no estado do equipamento;

• Os dados de isolamento podem se comunicar com o background via sinais RS 485 ou emitir sinais de alerta/alarma de isolamento/corrente de fuga por meio de fiação dura para a intertravagem automática de aquecedores elétricos e motores.

(3) Otimização de Integração do Sistema

Conecte todos os processos de operação dos disjuntores inteligentes ao DCS principal para substituir o ECMS independente, reduzindo os custos de investimento, facilitando o controle e gestão centralizados do DCS do equipamento, otimizando e centralizando o trabalho de inspeção, e reduzindo os recursos humanos.

6. Conclusão

O quadro de disjuntores de 6kV desempenha um papel crucial no sistema de energia da planta, com o monitoramento de operação, a comutação de energia, os testes de isolamento e a manutenção sendo indispensáveis na operação e manutenção diárias. Para a construção de usinas inteligentes, o quadro de disjuntores de 6kV deve se concentrar em garantir a segurança do pessoal, a operação confiável do equipamento, a redução da intensidade de trabalho e a manutenção baseada no estado, continuamente otimizando o modo de operação e manutenção existente para alcançar uma operação mais segura, eficiente e econômica.