Rozwiązanie Inteligentnego Przekształtnika Prądu GIS: System Wczesnego Ostrzegania o Awariach Mechanicznych Oparty na sprzężeniu drgań i prądu

Podstawowy problem:​ W regionach podatnych na trzęsienia ziemi i starzejących się stacjach GIS, mechaniczne konstrukcje (np. elementy mocujące, podpory izolacyjne) transformatorów prądowych (CT) są narażone na uszkodzenia spowodowane ciągłym drganiem lub nagłymi uderzeniami. Może to prowadzić do ukrytych usterek, takich jak luźno, odłączenie lub przemieszczenie, co ostatecznie powoduje degradację izolacji lub nagły awarię CT, zagrażając niezawodności sieci. Tradycyjne metody inspekcji oparte na wyłączeniach są niewydajne i kosztowne.

​Innowacyjne rozwiązanie:​ Integracja monitorowania podwójnego parametru (drgań i prądu), wykorzystująca silnik AI do wczesnego ostrzegania i inteligentnej diagnostyki mechanicznych usterek CT.

​Podstawowa implementacja technologiczna​

1. ​Współpraca wielu parametrów czujników:​​
• ​Monitorowanie wysokoczęstotliwościowych drgań:​​ Wdrażanie szerokopasmowych akcelerometrów piezoelektrycznych (5Hz-10kHz) na kluczowych elementach CT (flanże, podpory) do dokładnego uchwycenia anomalnych sygnałów drgań strukturalnych spowodowanych luzem mechanicznym, przemieszczeniem części, degradacją izolacji lub zewnętrznymi drganiami (fale sejsmiczne).
• ​Przechwytywanie chwilowego prądu wzbudzenia:​​ Zastosowanie pasywnych cewek Rogowskiego do nietkliwej, rzeczywistoczasowej monitoringu fal prądowych operacji przełączania na stronie pierwotnej CT. Połączone z sygnałami działania przełączników, precyzyjnie identyfikuje zdarzenia przełączania i analizuje cechy wzbudzenia oraz ich siły oddziaływania na mechaniczną strukturę CT.
2. ​Silnik diagnostyczny krawędziowy oparty na sztucznej inteligencji:​​
• Zastosowanie modułu obliczeń krawędziowych o wysokiej wytrzymałości (szeroki zakres temperatur, odporny na wstrząsy) zamontowanego lokalnie na urządzeniu do rzeczywistoczesowej obróbki danych drgań i fal prądowych.
• Główna operacja wykorzystuje własny model ​1D-CNN (1D Sieć Neuronowa Konwolucyjna)​​ inteligentnej diagnostyki:
• ​Wejście:​​ Czasowo-częstotliwościowe cechy przyspieszenia drgań (analiza FFT) + cechy fali wzbudzenia przełączania.
• ​Wyjście:​​ Dokładna identyfikacja typowych trybów usterki mechanicznej ("luźne nitki", "przemieszczenie podpory izolacyjnej", "rezonans mechaniczny") z dokładnością diagnostyki 92%.
• Posiada zdolność ​​"adaptacyjnego uczenia"​ do adaptacji do różnych charakterystyk struktury CT i tła drgań w różnych stacjach.
3. ​Skuteczne lokalne ostrzeganie i komunikacja:​​
• ​Mechanizm warstwowego ostrzegania:​​ Po wykryciu podejrzanych sygnatur usterki, silnik krawędziowy natychmiast generuje sygnały ostrzegawcze/warunkowe (np. Ostrzeżenie, Poważne, Krytyczne).
• ​Uproszczona transmisja bezprzewodowa:​​ Szyfrowana transmisja kluczowych sygnałów alarmowych (nietknięte surowe dane) do lokalnej platformy HMI stacji przez technologię LoRa LPWAN, znacznie redukując obciążenie komunikacyjne i opóźnienie.
• ​Lokalna prezentacja HMI:​​ Mapowe wyświetlanie w czasie rzeczywistym pokazujące numer uszkodzonego CT, typ usterki, poziom alarmu i zalecane działania.

​Docelowe scenariusze zastosowania​

1. ​Stacje GIS w obszarach o wysokiej aktywności sejsmicznej:​​
• Wczesne ostrzeganie o przemieszczeniu lub uszkodzeniu strukturalnym CT wywołanym wtórnymi wstrząsami sejsmicznymi, zapobiegając drugorzędowym usterek.
• Ciągłe monitorowanie chronicznych uszkodzeń sprzętu spowodowanych długotrwałą drobną aktywnością geologiczną.
2. ​Modernizacja i modernizacja starzejących się stacji GIS:​​
• ​Bezwzględne wdrożenie:​​ Proste instalacje czujników nie wymagające modyfikacji struktury komory gazowej, zapewniając szczelność. Szczególnie odpowiednie dla starszych stacji z ograniczonym oknem wyłączeń.
• ​Kosztowo skuteczna stopniowa modernizacja:​​ Wykorzystanie technologii bezprzewodowej i obliczeń krawędziowych, eliminując potrzebę rozległych kablowych systemów lub nowych systemów zaplecza, co prowadzi do wysokiego zwrotu z inwestycji w modernizację.
3. ​Kluczowe węzły i stacje o wysokim obciążeniu:​ Zapobieganie ryzyku błędnego działania/zawodności relé ochronnych i masowych awarii spowodowanych nagłym uszkodzeniem CT.

​Podstawowe wartości i zalety​

• ​Wczesne ostrzeganie przed głównymi ryzykami:​ Skutecznie przewiduje typowe usterki mechaniczne co najmniej 7 dni wcześniej, zapewniając wystarczająco dużo czasu na proaktywne działanie.
• ​Znaczące zmniejszenie nieplanowanych wyłączeń:​ Redukuje nieplanowane wyłączenia spowodowane nagłym uszkodzeniem CT o ponad 60%​, znacznie zwiększając dostępność sieci i zadowolenie klientów.
• ​Dwustronne korzyści bezpieczeństwa i kosztów:​ Zapobiega błędnomu działaniu systemów ochronnych, usterek łukowych i kaskadowemu uszkodzeniu sprzętu w stacji wynikającym z awarii CT.
• ​Nowy paradygmat inteligentnego zarządzania utrzymaniem:​ Przejście od "okresowego utrzymania" do ​"przewidywanego utrzymania"​, znacznie optymalizując zarządzanie częściami zamiennymi i planowanie zasobów ludzkich.
• ​Projekt odpowiedni dla obszarów o wysokiej aktywności sejsmicznej:​ Pasywne czujniki + obliczenia krawędziowe + transmisja bezprzewodowa - bez długich kabli, odporny na silne trzęsienia ziemi.
• ​Optymalny koszt modernizacji starzejących się stacji:​ Lekka rozwiazanie, niezależne od dużych systemów monitorowania stacji; zapewnia szybkie wdrożenie i zwrot z inwestycji.