Solució d'intel·ligència per a transformadors de corrent GIS: Sistema d'advertiment precoç de faltes mecàniques basat en l'acoblament vibració-corrent

Problema central:​​ En regions sísmiques i substacions GIS antiques, les estructures mecàniques (per exemple, fixadors, suports d'aislament) dels transformadors de corrent (CTs) són propensos a danys causats per vibracions contínues o impacts bruts. Això pot conduir a defectes ocults com l'aflojament, la separació o el desplaçament, que finalment poden provocar la degradació de l'aislament o un fall de CT súbit, amenaçant la fiabilitat de la xarxa. Els mètodes tradicionals d'inspecció basats en tallades són ineficients i costosos.

​Solució innovadora:​​ Integra la monitorització dual de paràmetres de vibració i corrent, utilitzant un motor d'IA per aconseguir una alerta prèvia i un diagnòstic intel·ligent dels errors mecànics dels CTs.

​Implementació tecnològica central​

1. ​Senyalització col·laborativa multi-paràmetre:​​
• ​Monitorització de vibració d'alta freqüència:​​ Desplega acceleròmetres piezoelèctrics d'ampli àmbit (5Hz-10kHz) en components crítics dels CTs (flanges, suports) per capturar amb precisió senyals de vibració estructural anòmala causats per aflojament mecànic, desplaçament de parts, degradació de l'aislament o vibracions externes (ones sísmiques).
• ​Captura de corrent de ràfega transitoria:​​ Utilitza bobines de Rogowski passives per a la monitorització no intrusiva i en temps real de les formes d'ona de corrent de l'operació de commutació del costat primari dels CTs. Combinat amb els senyals d'operació del disjuntor, identifica amb precisió els esdeveniments de commutació i analitza les característiques de la ràfega i les seves forces d'impacte sobre l'estructura mecànica dels CTs.
2. ​Motor de diagnòstic intel·ligent d'edge basat en IA:​​
• Utilitza un mòdul d'edge computing reforçat (ampli rang de temperatures, resistència a impactes) instal·lat localment al dispositiu per processar en temps real les dades de les formes d'ona de vibració i corrent.
• La operació central utilitza un model de diagnòstic intel·ligent propietari ​1D-CNN (Xarxa Neuronal Convolucional 1D)​​:
• ​Entrada:​​ Característiques de temps-freqüència de l'acceleració de vibració (anàlisi FFT) + Característiques de la forma d'ona de la ràfega de commutació.
• ​Eixida:​​ Identifica amb precisió els modes típics d'error mecànic ("aflojament de boulons," "desplaçament del suport d'aislament," "ressonància mecànica") amb un nivell de diagnòstic de 92%.
• Possueix una capacitat de "aprenentatge adaptatiu" per adaptar-se a diferents característiques estructurals dels CTs i vibracions de fons en diverses substacions.
3. ​Alerta i comunicació locals eficients:​​
• ​Mecanisme d'alerta en nivells:​​ Un cop detectades les signatures de possible error, el motor d'edge genera immediatament senyals d'alerta/alarma (per exemple, Alerta, Greu, Crític).
• ​Transmissió sense fil simplificada:​​ Transmissió encriptada de senyals d'alarma clau (no dades brutes) a la plataforma HMI local de la subestació mitjançant la tecnologia LoRa LPWAN, reduint significativament la càrrega de comunicació i la latència.
• ​Visualització HMI local:​​ Visualització en temps real basada en mapa que mostra el número del CT defectuós, el tipus d'error, el nivell d'alarma i les accions recomanades.

​Escenaris d'aplicació objectius​

1. ​Substacions GIS en zones de gran sismicitat:​​
• Alerta prèvia del desplaçament o dany estructural dels CTs causats pels terratrèmols secundaris, prevenint errors secundaris.
• Monitorització contínua dels danys crònics de l'equipament causats per activitat geològica menor a llarg termini.
2. ​Retrofits i actualitzacions de substacions GIS antigues:​​
• ​Implementació sense tallades:​​ Instal·lació simple de sensors que no requereix modificacions de l'estructura de la cambra de gas, assegurant la integritat hermètica. Particularment adequat per a estacions més antigues amb finestres de tallades limitades.
• ​Reforma incremental econòmica:​​ Utilitza tecnologia sense fil i edge computing, eliminant la necessitat de cablats extensos o sistemes backend nous, resultant en un ROI de reforma elevat.
3. ​Substacions nodals i de càrrega alta:​​ Preveix els riscos de mal funcionament/fall de relés protectors i apagades massives causades per un fall súbit del CT.

​Valor i avantatges centrals​

• ​Alerta prèvia de riscos majors:​​ Prediu efectivament errors mecànics típics ​amb 7+ dies d'anticipació, proporcionant temps suficient per intervenir proactivament.
• ​Reducció significativa de tallades no planificades:​​ Redueix les tallades no planificades causades per falles súbits del CT en ​més de 60%​, augmentant significativament la disponibilitat de la xarxa i la satisfacció del client.
• ​Avantatges dobles de seguretat i cost:​​ Prevé malfuncionaments del sistema de protecció, falles d'arc i daus cascants a l'equipament dins de la subestació deguts a un fall del CT.
• ​Nou paradigma d'operació i manteniment intel·ligent:​​ Canvia de "manteniment periòdic" a ​​"manteniment predictiu"​, optimitzant enormement la gestió de peixes de recanvi i la planificació de la força laboral.
• ​Disseny adequat per a zones de gran sismicitat:​​ Sensores passius + Edge computing + Transmissió sense fil - sense cablats llargs, resistent a terratrèmols forts.
• ​Cost òptim per a retrofits de substacions antigues:​​ Solució lleugera, independent de grans sistemes de monitorització de substacions; assegura una implementació ràpida i un retorn d'inversió.