راه‌حل هوشمند ترانسفورماتور جریان GIS: سیستم هشدار مقدماتی خرابی مکانیکی بر اساس کوپلینگ ارتعاش-جریان

مسأله اصلی:​​ در مناطق پرخورده به زلزله و زیرستایان GIS قدیمی، ساختارهای مکانیکی (مانند بستنی‌ها، پشتیبان‌های عایق) ترانسفورماتورهای جریان (CTs) در معرض آسیب‌پذیری از لرزش مداوم یا ضربات ناگهانی قرار دارند. این می‌تواند باعث خرابی‌های پنهانی مانند کم‌شدگی، جدا شدن یا جابجایی شود که در نهایت منجر به کاهش عایق‌بندی یا خرابی ناگهانی CTs می‌شود و قابلیت اطمینان شبکه را تهدید می‌کند. روش‌های بررسی مبتنی بر قطع برق سنتی غیرفعال و هزینه‌بر هستند.

​راه‌حل نوآورانه:​​ یکپارچه‌سازی نظارت چندپارامتری لرزش و جریان، با استفاده از موتور هوش مصنوعی برای اخطار مقدماتی و تشخیص هوشمندانه خطاهای مکانیکی CTs.

​اجرای فناوری اصلی​

1. ​حسگری همکارانه چندپارامتری:​​
• ​نظارت لرزش با فرکانس بالا:​​ نصب حسگرهای شتاب‌نما پیزوالکتریک (5Hz-10kHz) روی قطعات مهم CTs (فلنج‌ها، پشتیبان‌ها) برای ثبت دقیق سیگنال‌های لرزش ساختاری غیرعادی ناشی از کم‌شدگی مکانیکی، جابجایی قطعات، کاهش عایق‌بندی یا لرزش‌های خارجی (موج‌های زلزله).
• ​ضبط جریان موقتی:​​ استفاده از دایره‌های راگوسکی غیرتهاجمی برای نظارت زنده از جریان موج‌های عملیاتی سوئیچ CTs. با ترکیب سیگنال‌های عملیاتی مدار قطع‌کننده، به صورت دقیق رویدادهای سوئیچ را شناسایی می‌کند و مشخصات و تاثیرات جریان موقتی را بر ساختار مکانیکی CTs تحلیل می‌کند.
2. ​موتور تشخیص هوشمندانه لبه‌ای مبتنی بر هوش مصنوعی:​​
• استفاده از ماژول محاسبات لبه‌ای مقاوم (مقاوم در دمای وسیع، ضد ضربه) نصب شده محلی برای پردازش زنده داده‌های موج لرزش و جریان.
• عملیات اصلی از مدل تشخیصی هوشمندانه اختصاصی 1D-CNN (شبکه عصبی کانولوشنی یک بعدی) استفاده می‌کند:
• ​ورودی:​​ ویژگی‌های زمان-فرکانس شتاب لرزش (تحلیل FFT) + مشخصات موج جریان موقتی.
• ​خروجی:​​ شناسایی دقیق مد‌های خطای مکانیکی معمول ("کم‌شدگی پیچ‌ها"، "جابجایی پشتیبان عایق"، " cộng‌رنانس مکانیکی") با دقت تشخیص 92٪.
• دارای توانایی "یادگیری تطبیقی" برای تطبیق با ویژگی‌های ساختاری مختلف CTs و لرزش‌های پس‌زمینه در زیرستایان مختلف.
3. ​اخطار محلی موثر و ارتباط:​​
• ​مکانیسم اخطار لایه‌ای:​​ در صورت تشخیص نشانه‌های مشکوک، موتور لبه‌ای فوراً سیگنال‌های اخطار/اخطار (مانند اخطار، شدید، بحرانی) تولید می‌کند.
• ​انتقال ساده بی‌سیم:​​ انتقال رمزگذاری شده سیگنال‌های اخطار کلیدی (نه داده‌های خام) به پلتفرم HMI محلی زیرستایان از طریق فناوری LoRa LPWAN، که به طور قابل توجهی بار ارتباطی و تأخیر را کاهش می‌دهد.
• ​نمایش HMI محلی:​​ نمایش زنده بر اساس نقشه شامل شماره CT معیوب، نوع خرابی، سطح اخطار و توصیه‌های عملیاتی.

​سناریوهای کاربردی هدف​

1. ​زیرستایان GIS در مناطق پرخورده به زلزله:​​
• اخطار مقدماتی از جابجایی یا آسیب ساختاری CTs ناشی از لرزش‌های پس‌زن زلزله، جلوگیری از خرابی‌های ثانویه.
• نظارت مداوم بر آسیب‌های مزمن تجهیزات ناشی از فعالیت‌های زمین‌شناسی کم‌حجم بلندمدت.
2. ​اصلاحات و به‌روزرسانی‌های زیرستایان GIS قدیمی:​​
• ​نصب بدون قطع برق:​​ نصب ساده حسگرها بدون تغییر در ساختار کمره گاز، که تمامیت بسته‌ای را تضمین می‌کند. به ویژه برای زیرستایان قدیمی با پنجره‌های قطع برق محدود مناسب است.
• ​اصلاح تدریجی اقتصادی:​​ استفاده از فناوری بی‌سیم و محاسبات لبه‌ای، حذف نیاز به کابل‌بندی گسترده یا سیستم‌های پشتیبان جدید، که باعث بازدهی بالای اصلاح می‌شود.
3. ​زیرستایان مرکزی و با بار بالا:​​ جلوگیری از خطرات عملکرد نادرست یا خرابی مدار محافظ و قطع بزرگ الکتریسیته ناشی از خرابی ناگهانی CTs.

​ارزش‌های اصلی و مزایا​

• ​اخطار مقدماتی ریسک‌های اصلی:​​ پیش‌بینی مؤثر خطاهای مکانیکی معمول ۷+ روز قبل، ارائه زمان کافی برای مداخله پیشگیرانه.
• ​کاهش قابل توجه قطع‌های غیرمنتظره:​​ کاهش بیش از ۶۰٪ قطع‌های غیرمنتظره ناشی از خرابی ناگهانی CTs، به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان شبکه و رضایت مشتریان را افزایش می‌دهد.
• ​مزایای دوگانه ایمنی و هزینه:​​ جلوگیری از عملکرد نادرست سیستم محافظ، خطاها و آسیب‌های متوالی تجهیزات درون زیرستایان ناشی از خرابی CTs.
• ​پارادایم جدید O&M هوشمند:​​ تغییر از "نگهداری دوره‌ای" به "نگهداری پیش‌بینی‌شده"، به طور قابل توجهی مدیریت قطعات یدکی و برنامه‌ریزی نیروی کار را بهینه می‌کند.
• ​طراحی مناسب برای مناطق پرخورده به زلزله:​​ حسگرهای غیرفعال + محاسبات لبه‌ای + انتقال بی‌سیم - بدون کابل‌بندی بلند، مقاوم در برابر زلزله‌های قوی.
• ​هزینه بهینه برای اصلاحات زیرستایان قدیمی:​​ راه‌حل سبک وزن، مستقل از سیستم‌های نظارتی بزرگ زیرستایان؛ اطمینان از نشر سریع و بازگشت سرمایه.