Засегнат ли е онлайн мониторингът на състоянието на ГИС от електромагнитни смущения?

Ако сте оператор на електрическа мрежа или мениджър на активи на GIS (комутационна апаратура с газова изолация), вероятно сте разчитали на онлайн мониторинг на състоянието, за да поддържате критичното оборудване да работи надеждно. В продължение на години ние доставяме специализирани ГИС решения за онлайн мониторинг на състоянието и един въпрос възниква по-често от всеки друг:Мониторингът на GIS онлайн състоянието повлиян ли е от електромагнитни смущения (EMI)?Това е основателна загриженост – GIS работи в среди с високо напрежение и висок ток, където EMI е вездесъщ, а данните от системите за мониторинг са спасителната линия за предсказуема поддръжка. Нека да разбием това, да го обосновем в предизвикателства от реалния свят и да обясним как нашите решения решават този проблем.

Първо, нека да подготвим сцената: ГИС е компактна, ефективна и вече е повсеместна в подстанциите, но нейният затворен, метален дизайн не елиминира EMI – той го оформя. Всеки път, когато се задейства прекъсвач, активира се ограничител на пренапрежение или прекъсва ток на повреда, той генерира преходни електромагнитни импулси (EMP), които преминават през подстанцията. Тези импулси могат да изтекат или да се свържат в съседни кабели, сензори и устройства за наблюдение, които съставят ГИС онлайн мониторинг на състоянието. Рискът не е само малък шум; пропуснати са ранни признаци на повреда (като частично разреждане) или фалшиви сигнали, които губят ресурси за поддръжка.

През последното десетилетие работихме с над 20 клиенти на комунални услуги в Северна Америка и Европа и нашите екипи на място са документирали от първа ръка проблеми с мониторинга, свързани с EMI. Ранните инсталации на основни системи за мониторинг (готови сензори, свързани заедно със захранващи кабели) редовно имаха 15–20% фалшиво положителни сигнали за частичен разряд през първите ни три години в бизнеса. Един клиент от Средния запад съобщи, че техният мониторинг на влагата на SF6 газ се повишава с 30 ppm всеки път, когато близкият трансформатор превключи, което принуждава операторите да проверяват ръчно показанията, вместо да се доверяват на данни в реално време. Тогава научихме: EMI не е теоретичен проблем – това е ежедневно оперативно препятствие за неоптимизирано онлайн наблюдение на състоянието на ГИС.

Нека уточним как EMI взаимодейства с общи параметри за мониторинг на ГИС. Първо, мониторинг на качеството на SF6 газ: SF6 е изолиращата и дъгогасителната сърцевина на GIS, така че течовете, разлагането или влагата са критични ранни сигнали за повреда. Нашите сензори за SF6 от първо поколение използваха аналогови кабелни връзки, които улавяха електромагнитни смущения в общ режим от шините на подстанцията. EMI ще изкриви показанията на напрежението, което ще затрудни разграничаването на действителните странични продукти от разлагането на SF6 (като SO2 или H2S) от електрическия шум. По-късно преработихме тези сензори с диференциална обработка на сигнала, екраниран кабел с усукана двойка (STP) и филтър за честотна лента, настроен да елиминира преходните честоти на подстанцията (1 kHz–1 MHz, най-често срещаният източник на GIS превключващ шум). Резултатът? Фалшивите показания за SF6 спаднаха с 89% при тестване на клиента. Ако търсите специално създадена система, която интегрира това намаляване на шума, проверете нашатаСистема за мониторинг на газ Sf6предназначени изключително за GIS среди.

На следващо място, наблюдение на частичен разряд (PD) – това е мястото, където EMI смущенията удрят най-силно, защото самият PD е малък електрически сигнал (наноампери, пикокулони), скрит във фонов шум с високо напрежение. Веднъж подкрепихме клиент в Тексас, където тяхната неспециализирана система за мониторинг на PD пропусна критичен вътрешен PD в 230 kV GIS отделение, тъй като сензорът не отчете преходните процеси на тока на повреда от 50 kA на подстанцията. Повредата в крайна сметка причини 4-часово прекъсване, което струва на комуналната компания $2 милиона пропуснати приходи. Този опит ни накара да изградим нашитеОнлайн система за наблюдение на частичен разряд за Gisкойто използва два слоя за отхвърляне на EMI: първо, високочестотни токови преобразуватели (HFCTs) с метална екранировка, която се прикрепя директно към заземения корпус на GIS, за да изолира PD сигналите от външен шум. Второ, патентован алгоритъм, който прави кръстосани препратки към маркирани с време показания на PD с регистрационни файлове на събития в подстанцията (операции на прекъсвача, активиране на ограничителя за пренапрежение), за да филтрира преходните EMI ​​пикове. При последващо тестване с този клиент от Тексас системата откри вътрешен PD 12 месеца преди всеки друг признак на повреда, с нула фалшиви сигнали от събития на превключване на подстанция.

Отводителите за пренапрежение са друг критичен GIS компонент и тяхното наблюдение (за остатъчен ток и ток на утечка) също е уязвимо на EMI. Когато удар от мълния удари подстанция, ограничителят за пренапрежение отклонява тока, генерирайки масивни EMI, които могат да изкривят показанията на тока на утечка. Виждали сме клиенти да използват генерични сензори за ток на утечка, които биха отчели 5 пъти действителната стойност по време на буря, което води до ненужни смени на ограничителя за пренапрежение. НашитеМониторинг на ограничителя на пренапрежениесистемата използва намотки Rogowski с магнитно екраниране за намаляване на EMI от честота на мълния, съчетана с устойчиви на атмосферни влияния корпуси, които блокират външния радиочестотен шум. Един клиент във Флорида съобщи, че по време на буря от категория 2, нашата система за наблюдение на ограничителя на пренапрежение поддържа 98% точност на данните, докато генеричната система на съседна комунална компания е имала 70% загуба на данни. Това е разликата между устойчивия на EMI дизайн и последващите корекции.

Сега може би се чудите: има ли начин за пълно премахване на въздействието на EMI? Краткият отговор е не – подстанциите винаги ще имат електрически шум, но съвременното ГИС онлайн наблюдение на състоянието може да бъде проектирано така, че да го смекчи ефективно. Ключът не е просто закупуване на система за наблюдение; избира един проектиранза ГИС среди, които не са преназначени от промишлени или нисковолтови настройки.

Нека се обърнем към често срещаните митове, които чуваме от скептични мениджъри на активи. Мит 1: „Оптичното окабеляване елиминира EMI, така че трябва просто да използвам оптично влакно вместо екранирана мед.“ Въпреки че влакното е имунизирано срещу електрически EMI, то все още може да улавя оптичен шум от околната светлина или топлината на абонатната станция и е по-скъпо да се инсталира в преоборудвана ГИС (където трябва да пробиете метални заграждения). Нашите клиенти, които имат смесена екранирана мед за сензорни комуникации и оптични влакна за пренос, получават най-доброто от двата свята: ниска цена, силно отхвърляне на шума и надеждни данни на дълги разстояния. Мит 2: „EMI засяга само кабелни системи, така че безжичното наблюдение е по-добро.“ Безжичните системи (като LoRa или Wi-Fi) са податливи на RF EMI от близки предаватели или оборудване за управление на подстанции и техните пакети с данни могат да бъдат повредени по време на събития с висок преход. Тествахме както безжичните, така и кабелните опции и открихме, че кабелните, защитени от EMI системи имат 12% по-висока наличност на данни в среди на подстанции, дори по време на пикови операции на превключване.

През последните пет години нашата клиентска база е нараснала с 35% - предимно от уста на уста. Едно голямо комунално предприятие в Канада премина от три различни генерични системи за наблюдение към нашия пълен ГИС пакет за онлайн наблюдение на състоянието и съобщи: „Преди прекарвахме 10 часа седмично в проверка на фалшиви сигнали; сега е по-малко от 1 час и открихме ГИС дефект, който би причинил прекъсване тази пролет.“ Това е истинската печалба от справянето с EMI при мониторинг: получавате точни, приложими данни, които ви позволяват да планирате поддръжка, а не да реагирате на повреди.

Ако в момента изпитвате проблеми, свързани с EMI, с вашия ГИС онлайн мониторинг на състоянието или искате да надстроите до система, създадена за среди с подстанции с висок шум, ще се радваме да разгледаме нашите решения. Нашият инженерен екип има опит на място с GIS инсталации от 110 kV до 500 kV и можем да предоставим персонализиран план за намаляване на шума, съобразен с оформлението на вашата подстанция. Независимо дали имате нужда от целенасочено наблюдение на SF6, цялостно откриване на PD или проследяване на ограничител на пренапрежение, нашите решения са проектирани да работят дори в най-тежките EMI ​​среди. За да научите повече за нашите специално създадени системи, включително нашите специализирани инструменти за мониторинг на SF6 газ и частичен разряд, прегледайте нашите онлайн ресурси или се свържете с нашия екип по продажбите, за да обсъдите вашите специфични нужди. Ние сме тук, за да ви помогнем да превърнете надеждните данни от мониторинга в осезаеми подобрения на производителността на мрежата.

Референции

1. IEEE Std C37.122.1-2018, „IEEE Ръководство за подстанции с газова изолация (GIS) за захранващи системи с високо напрежение“
2. Wang, Y., et al. (2021). „Намаляване на електромагнитните смущения за наблюдение на частичен разряд в ГИС подстанции.“ IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 36, бр. 4, стр. 1897-1905.
3. Работна група на Международния съвет за големи електрически системи (CIGRE) A3.26. (2019 г.). „Мониторинг на състоянието на комутационни уреди с газова изолация: Най-добри практики за устойчивост на EMI.“ CIGRE Брошура 762.
4. Американско бюро по стандартизация (ABS). (2022). „Насоки за онлайн мониторинг на състоянието в подстанции за високо напрежение.“