Aplikace technologie diagnostiky poruch pro 15kV venkovní vakuové automatické obvodové přepínáče

Podle statistik tvoří přechodné výpadky na povrchových elektrických vedeních většinu poruch, zatímco trvalé poruchy představují méně než 10 %. V současné době se v distribučních sítích středního napětí (MV) běžně používají venkovní vakuumové automatické obnovovací spínací relé o napětí 15 kV ve spolupráci s článkovými členiteli. Toto uspořádání umožňuje rychlé obnovení dodávky po přechodných poruchách a izolaci vadných úseků v případě trvalých poruch. Proto je důležité sledovat pracovní stav řadičů automatických obnovovacích relé, aby byla zlepšena jejich spolehlivost.

1.Přehled technického výzkumu (domácí a mezinárodní)

1.1 Klasifikace automatických obnovovacích relé
Automatická obnovovací relé se dělí do dvou hlavních kategorií: proudu a napětí. Proudem řízená relé detekují výkon proudu při poruše, odpínají se podle toho a automaticky se znovu zapínají – obvykle provádí jednu až tři pokusy o opětovné zapnutí. Slouží jak jako ochranné zařízení, tak jako obnovovací relé. Izolace poruchy probíhá postupným eliminováním úseků od nejvíce vzdáleného dolního segmentu, dokud není identifikován vadný úsek. Tento způsob však síť vystavuje několika opětovným zapnutím při výkonu proudu, což způsobuje významný zátěž. Kromě toho čím více je úseků, tím více je potřeba opětovných zapnutí a tím déle trvá celková doba obnovení. Proto jsou takové systémy obecně omezeny na nejvýše tři úseky a jsou nejlépe vhodné pro vedlejší nebo radiální vedení.

Napěťově řízená relé naopak odpínají při ztrátě napětí a znovu se zapínají po nastavené prodlevě, když je napětí obnoveno. V tomto schématu musí vyzařovací okruh stanice provést dvě opětovné zapnutí, aby bylo možné dokončit izolaci poruchy a obnovit dodávku: první opětovné zapnutí identifikuje vadný úsek na základě počtu zapnutých článkových spínačů, poté se spínače vedle poruchy uzamknou, aby ji izolovaly; druhé opětovné zapnutí obnoví dodávku na nevadných úsecích. Jelikož okamžitá ochrana přetoku závisí na vyzařovacím okruhu stanice, tento přístup je méně vhodný pro dlouhá vedení. S rostoucí kapacitou systému se však tato omezení postupně snižují. Napěťově řízená relé jsou tedy vhodná pro krátká radiální nebo smyčková sítě a umožňují základní funkce automatizace.

1.2 Problémy s konvenčními metodami testování
V důsledku tolerancí při výrobě a mechanického opotřebení při delším provozu mohou automatické obnovovací relé trpět poruchami nebo nesprávným chováním. Současné metody testování se primárně spoléhají na ruční inspekční zařízení, což znamená vysoké investiční náklady.

1.3 Současný stav výzkumu a vývojové trendy (domácí a mezinárodní)
Pro 15 kV MV venkovní vakuumová automatická obnovovací relé se v Číně domácí praxe převážně opírá o offline periodické údržbářské přístupy, včetně testů odporu izolace, testů odporu izolace řídicího okruhu a testů proti AC napětí. Tyto tradiční metody mají několik nedostatků: testovací zařízení je hmotné a obtížné k přepravě; testování často vyžaduje práci na výškách, což představuje bezpečnostní rizika; a proces spotřebovává významné množství lidských a materiálních prostředků. Komplexní integrované diagnostické systémy jsou v reálném terénním provozu stále málo implementovány.

Značný pokrok byl dosažen v diagnostice na úrovni řadičů pro 15 kV MV venkovní vakuumová automatická obnovovací relé. Moderní automatické analyzátorové jsou nyní široce používány. Tyto zařízení se připojují prostřednictvím jednoduchých, standardizovaných rozhraní, což umožňuje „plug-and-play“ kompatibilitu napříč relé od různých výrobců. Vstřikem kontrolovaných signálů proudu do řadiče relé analyzátor měří klíčové odpovědi, jako jsou charakteristické křivky proud-čas (TCC) a řídicí sekvence. Nabízí přesnou kontrolu nad vlnovým tvarem, časováním a amplitudou vstřikovaných proudů a přesně zaznamenává odpověď řadiče – s časovým rozlišením až na mikrosekundovou úroveň. Systém může plně automatizovat kompletní testovací sekvenci a okamžitě zobrazit textové výsledky, včetně příkazů k odpojení, akcí k opětovnému zapnutí, resetování, událostí uzamčení a přidružených časových záznamů.

Současný výzkum inteligentní diagnostiky poruch se zaměřuje na tři hlavní směry:

• Integrované inteligentní technologie diagnostiky poruch;

• Síťové inteligentní diagnostické systémy;

•  Adaptivní inteligentní diagnostické architektury.

2.Technologie diagnostiky poruch pro 15 kV MV venkovní vakuumová automatická obnovovací relé

Systém diagnostiky poruch pro 15 kV MV venkovní vakuumová automatická obnovovací relé je speciálně navržen pro hodnocení výkonnosti řadičů relé používaných v sítích středního napětí. Po připojení „jednotky spínače“ k řadiči relé systém pomocí softwaru vstřikuje různé simulované proudy poruchy do řadiče a podle logiky řadiče aktivuje odpovídající operace otevření/zavření. Systém zaznamenává odpověď řadiče na tyto simulované změny proudu a analyzuje, zda řadič správně identifikuje stav poruchy a provádí odpovídající řídicí akce v souladu se specifikacemi.

Tento diagnostický systém podporuje širokou škálu testů scénářů poruch, umožňuje plně automatizované detekce poruch řadiče. Připojuje se k různým modelům relé buď univerzálními, nebo přizpůsobenými rozhraními a všechny funkce řízení a testování jsou realizovány prostřednictvím specializovaného analytického softwaru. Klíčové funkce systému zahrnují:

• Vysokopřesný zdroj proudu: Systém využívá vysokopřesný, vysokorozlišovací a spolehlivý zdroj proudu, který zajistí realistickou simulaci proudů poruch. Softwarová kontrola umožňuje komplexní nastavení parametrů proudu, včetně vlnového tvaru, amplitudy, času vzestupu, trvání a času klesání, a poskytuje vizualizaci proudu v reálném čase pro zlepšení analytických schopností.

• Univerzální návrh rozhraní: Standardizované rozhraní umožňuje skutečné „plug-and-play“ fungování na poli, což zajišťuje plynulou přenos signálů a dat.

• Vestavěná databáze křivek TCC: Ampérsekundová charakteristika (tj. časově-proudová charakteristika nebo křivka TCC) definuje inverzní vztah mezi dobou spuštění a velikostí poruchového proudu, včetně jak rychlých, tak pomalých křivek TCC. Analytický software zahrnuje několik standardních knihoven křivek TCC, jako jsou Cooper, IEEE (US) a IEC normy, což umožňuje pohodlné srovnání a diagnostické posouzení.

• Automatizovaná analýza testovacích dat: Systém automaticky interpretuje zpětnou vazbu od recloseru a okamžitě zobrazuje analytické výsledky, včetně grafických reprezentací a zpráv, které detailně popisují spuštění, opětovné uzavření, uzamčení a další operační události.

3.Závěr

Technologie diagnostiky poruch pro 15 kV středněnapěťové venkovní vakuumové automatické reclosery může efektivně identifikovat různé anomálie, včetně:

• Nedostatečné funkce okamžitého opětovného uzavření;

• Odchylky od standardních křivek TCC;

• Selhání ochrany před přetokem proudu;

• Nenormální časování intervalů opětovného uzavření;

• Defektní mechanismy uzamčení při uzavírání.

Tato technologie představuje klíčovou změnu od tradiční plánované údržby k pokročilé údržbě založené na stavu pro reclosery. Umožňuje komplexní analýzu a diagnostiku ovládací jednotky, což významně zvyšuje technické schopnosti monitorování stavu recloserů a hraje klíčovou roli v prevenci výpadků distribuční sítě a zajišťování spolehlivosti elektrické sítě.