Komprehensivna integrisana rešenja za inteligentne mikroprocesorski zaštitni releji industrijskih motora

1. Позадина на проектот и основни предизвици​

В современата индустријална производство, моторите служат како основно опрема за енергија, чија оперативна надежност директно влијае на непрекинатоста, безопасноста и економичката ефикасност на производствената линија. Меѓутоа, моторите се соочуваат со многу тешки предизвици во време на работа:

• ​Аномални услови на работа: Проблеми како стопирање при пусканје или работа, губење на фаза и несогласуваност на трите фазни стројеви можат брзо да доведат до повреда на опремата ако не се решат своевремено.
• ​Ризици од прекумерно загревање: Преоптоварување, лошо хладење или високи околни температури можат да причинат преогрејување на намотавањето, што е главната причина за стареење на изолацијата и попарување на моторот.
• ​Недостатоци во заштитата: Традиционалните заштитни уреди (напр. термички релеи) имаат внатрешни недостатоци како ниска точност на прекинување (±15% грешка), ограничен функционалитет и недостиг на капацитет за рано опozорување, што ги прави недоволни за интелигентно одржување и производство со висока надежност.

За да се справиме со овие предизвици, воведуваме ново поколение микропроцесорски заштитни релеи кои интегрираат напредна технологија за датчици, алгоритми за мулти-параметарска фузија и IoT платформи.

​II. Основни компоненти на решението​

Ова решение се фокусира на високоперформансни микропроцесорски заштитни релеи, доставувајќи целосна и предвидлива заштита низ длабока интеграција на хардвер и софтвер.

1. ​Технологија за заштита со мулти-параметарска фузија​
   Изминувајќи традиционалната заштита против прекумерен ток, оваа технологија користи многодимензионална анализа на податоци за постигнување на прецизно прекинување и опозорување.
• ​Прецизна обратна временска заштита против прекумерен ток: Исползува микропроцесорски алгоритми за точна симулација на термичките карактеристики на моторот, преминувајќи преку несогласуваните вредности на прекинување на традиционалните термички релеи. Ова гарантира точни криви на заштита и избегнува лажни прекинувања или нефункционирање.
• ​Заштита против несогласуваност на негативен секвенцијален ток: Мониторира реално време на согласуваност на трифазни токови. Кога несогласуваността надмине поставената граница (напр. 15%), системот автоматски детектира губење на фаза или сериозна несогласуваност и активира опозорувања или заштитни акции за спречување на прекумерно загревање на роторот и флуктуации на момента.
• ​Анализа на спектрални карактеристики на вибрацијата (опционално)​: Интегрирани датчици за вибрација анализираат спектралните карактеристики на лагери на моторот и преносни механизми, ефективно идентификувајќи ранни механички повреди како износ на лагери, слаби болтови и неточно поставување. Ова овозможува комбинирана електрична и механична заштита.

​Резултати од примената: Во голема петрохемиска фабрика во Кина, овој начин сведе повредите на моторите поради електрични и механички проблеми за 67% и поврзаните трошоци за одржување за 42%.

1. ​Интелегентен систем за предвидување на температурен пораст и рано опозорување​
   Исползува напредни алгоритамски модели за активно спречување на ризикот од прекумерно загревање, преминувајќи од „реактивно ремонтирање“ кон „превентивна превенција“.
• ​Принцип на работа: Вградениот еквивалентен термички модел на моторот динамички пресметува реално време на температурен пораст на намотавањето и користење на термичката капацитет со интеграција на ток на оптоварување, историски податоци за работа и входни податоци за околна температура од датчици.
• ​Рано опозорување: Ако предвидената тенденција на температурата на намотавањето се приближи до границата на класификацијата на изолацијата, системот испушта сигнал за рано опозорување 10 минути зарано, давајќи достатно време на операторите да се вмешаат, да планираат редовен застопирање или да ја прилагодат оптоварувањето.

​Резултати од примената: Во голема стална фабрика, оваа функција успешно спречи повреди на повеќе мотори поради нефункционирање на системот за хладење и изненадни преоптоварувања. Точноста на предвидувањето на температурата во практика достигна 91%.

1. ​Безжичен IoT мониторинг и дијагностика на облак платформа​
   Овозможува далечно одржување и цифрово управување, значително подобрувајќи ефикасноста на операциите.
• ​Безжична передача на податоци: Заштитниот уред интегрира модули за комуникација со широки област на мрежа со ниска мощност (LPWAN) (напр. LoRa) за безжична передача на целостни податоци за работа на моторот (ток, напон, температура, опозорувања, состојба) до облак платформа без комплексни жичеви.
• ​Далечна дијагностика и одржување: Инженерите и менаџерите можат да пристапат до облак платформа преку PC или мобилни апликации за мониторинг на здравјето на сите мотори во реално време, примање на опозорувања и информации за повреди, и извршување на далечна дијагностика и анализа.
• ​Ценост на податоци: Историските податоци накоплени на платформата можат да се користат за анализа на тенденциите на дејградација на перформансите на опремата, оптимизирање на циклусите на одржување и имплементација на предвидливо одржување, пружајќи поддршка на основе на податоци за производствени одлуки.

​Резултати од примената: Во цементна фабрика, просечното време на одговор на повредите се сведна од 2 часа на под 15 минути следе воведувањето на системот за IoT мониторинг. Операторите можеа моментално да пристапат до информации за повреди и потенцијални причини, значително намалувајќи времето за отстранување на повреди и скратувајќи непланувани застои за 58%.

​III. Сумирање на предности на решението​

• ​Почетна точност: Микропроцесорските алгоритми заменуваат механичките структури, осигурувајќи прецизна заштита без лажни прекинувања или нефункционирање.
• ​Почетна комплетност: Интегрира електрична, термичка и механичка заштита за покривање на широк спектар на типови на повреди.
• ​Почетна активност: Модел-базирани предвидливи опозорувања спречуваат несреќи пред да се случат, наместо да реагираат после фактот.
• ​Почетна интелигенција: Архитектурата на IoT овозможува поврзување на уредите, поддржува далечен мониторинг и анализа на големи податоци, и служи како основа за интелигентно производство и цифрови фабрики.