Komprehensivna integrirana rešitev pametnih mikroprocesorskih zaščitnih relejev za industrijske motorje

1. Pozadje projekta in ključni izzivi​

V sodobnem industrijskem proizvodnji so motorji osrednja oprema za zagotavljanje energije, katerih delovanje neposredno vpliva na zveznost, varnost in gospodarsko učinkovitost proizvodnih liniij. Vendar motorji soočajo z več težkimi izzivi med delovanjem:

• ​Nenormalne delovne razmere: Težave, kot so ustavitev med zagonom ali delovanjem, izguba faze in neravnotežje tri-faznega toka, lahko hitro vodijo do poškodbe opreme, če niso hitro odpravljene.
• ​Tveganja zaradi preseganja temperature: Preobremenitev, slabo hladilna oprema ali visoke okoljske temperature lahko povzročijo preseganje temperature navijal, kar je glavni vzrok staranja izolacije in spalitve motorja.
• ​Pomanjkljivosti zaščitne opreme: Tradicionalne zaščitne naprave (npr. termični releji) trpijo zaradi notranjih pomanjkljivosti, kot so nizka točnost skokov (±15% napaka), omejena funkcionalnost in pomanjkanje možnosti začasnega opozarjanja, kar jih čini neustreznimi za pametno vzdrževanje in visoko zanesljivo proizvodnjo.

Za reševanje teh izzivov predstavljamo novo generacijo mikroprocesorskih zaščitnih relejev, ki združujejo napredne senzorske tehnologije, algoritme za združevanje več parametrov in IoT platforme.

​II. Osnovni sestavni deli rešitve​

Ta rešitev se osredotoča na visokoperformančne mikroprocesorske zaščitne releje, ki preko globoke integracije strojne in programske opreme zagotavljajo celovito in prediktivno zaščito.

1. ​Tehnologija zaščite z združevanjem več parametrov​
   Nadaljevanje tradicionalne zaščite proti prevelikemu toku, ta tehnologija uporablja večdimenzionalno analizo podatkov za dosego točnega skoka in opozarjanja.
• ​Točna obratno proporcionalna zaščita proti prevelikemu toku: Uporablja algoritme mikroprocesorja za točno simuliranje toplotnih lastnosti motorja, premostitev nezanesljivosti vrednosti skokov tradicionalnih termičnih relejev. To zagotavlja točne krivulje zaščite in preprečuje lažne skoke ali neuspehe.
• ​Zaščita proti neravnotežju negativnega sekvence toka: V realnem času nadzira ravnotežje tri-faznega toka. Ko preseže določeno stopnjo (npr. 15%), sistem avtomatsko zazna izgubo faze ali resno neravnotežje in aktivira opozarjanja ali zaščitne akcije, da prepreči preseganje temperature rotorja in fluktuacije vrtinca.
• ​Analiza spektra vibracij (po želji)​: Integrirani senzorji vibracij analizirajo spektralne značilnosti ležajev motorja in prenosnih mehanizmov, učinkovito identificirajo začetne mehanske napake, kot so iztiranje ležajev, rahle pritrdnice in neskladnost. To omogoča kombiniranje električne in mehanske zaščite.

​Rezultati uporabe: V veliki kemični rafineriji v Kitajski je ta rešitev zmanjšala motorne napake, povzročene električnimi in mehanskimi težavami, za 67% in povezane stroške vzdrževanja za 42%.

1. ​Pametni sistem za napovedovanje povečanja temperature in začasno opozarjanje​
   Uporablja napredne modelne algoritme za preventivno preprečevanje tveganj zaradi preseganja temperature, prehod od "reaktivnega popravljanja" do "preventivnega preprečevanja."
• ​Načelo delovanja: Vgrajeni ekvivalentni toplotni model motorja dinamično izračuna realno časovno povečanje temperature navijal in porabo toplotne zmogljivosti s pomočjo integracije obremenitvenega toka, zgodovinskih operativnih podatkov in vhodov senzorjev okoljske temperature.
• ​Začasno opozarjanje: Če se predvidena tendenca povečanja temperature navijal približa mejni vrednosti izolacijskega ocenjevanja, sistem 10 minut predhodno izda začasno opozarilni signal, kar omogoča dovolj časa operatorjem za vmesni vstop, planiranje rednega ustavitev ali prilagajanje obremenitve.

​Rezultati uporabe: V veliki železarski rafineriji je ta funkcija uspešno preprečila več spalitev motorjev zaradi odpadla hladilnega sistema in nenadnih preobremenitev. Točnost napovedovanja temperature v praksi dosegle 91%.

1. ​Brezžični IoT nadzor in diagnostika na oblaku​
   Omogoča oddaljeno vzdrževanje in digitalno upravljanje, znatno izboljšava operativno učinkovitost.
• ​Brezžična prenosa podatkov: Zaščitna naprava integrira komunikacijske module nizkonaporne širokopasne mreže (LPWAN) (npr. LoRa) za brezžično prenos kompleksnih operativnih podatkov motorja (tok, napetost, temperatura, opozorila, stanje) na oblak brez zapletenega priključevanja.
• ​Oddaljena diagnostika in vzdrževanje: Inženirji in upravitelji lahko dostopajo do oblaka preko PC ali mobilnih aplikacij za realno časovni nadzor zdravstvenega stanja vseh motorjev, prejemanje opozoril in informacij o napakah ter izvajanje oddaljenih diagnostik in analiz.
• ​Izrana vrednosti podatkov: Zgodovinski podatki, zbrani na platformi, se lahko uporabljajo za analizo trendov degradacije zmogljivosti opreme, optimizacijo ciklov vzdrževanja in implementacijo prediktivnega vzdrževanja, ki nudijo podatkovno podporo za odločitve o proizvodnji.

​Rezultati uporabe: V cementarni je povprečni čas odziva na napake zmanjšan z 2 ur na manj kot 15 minut po uvedbi sistema IoT nadzora. Operatorji so lahko takoj dostopali do informacij o napakah in potencialnih vzrokih, kar je značilno zmanjšalo čas iskanja in zmanjšalo neplanirano ustavitev za 58%.

​III. Povzetek prednosti rešitve​

• ​Bolj točno: Algoritmi mikroprocesorja nadomestijo mehanske strukture, kar zagotavlja točno zaščito brez lažnih skokov ali neuspehov.
• ​Bolj celovito: Integrira električno, toplotno in mehansko zaščito, da pokrije širok spekter vrst napak.
• ​Bolj preventivno: Na modelu temeljena prediktivna opozarjanja preprečujejo nesreče pred njihovim nastopom, namesto reševanja po dejstvu.
• ​Bolj pametno: Arhitektura IoT omogoča povezanost naprav, podpira oddaljen nadzor in analizo velikih podatkov, ter služi kot osnova za pametno proizvodnjo in digitalne tovarne.