Online-Überwachung von Leistungsschaltern

发布时间：21. Oktober 2025 16:57:10

  • Kernziel:: Kontinuierliche Überwachung und Bewertung des mechanischen und elektrischen Zustands von Hoch- und Höchstspannungs-Leistungsschaltern in Echtzeit mit dem Ziel, vom traditionellen Modell der "Term Based Maintenance (TBM)" auf das effizientere und zuverlässigere Modell der "Condition Based Maintenance (CBM)" umzustellen.

  • Dimensionen der ÜberwachungDas System nutzt ein mehrdimensionales Netzwerk von Sensoren, um die wichtigsten Betriebsparameter des Leistungsschalters umfassend zu erfassen. Dazu gehören vor allem: die mechanischen Eigenschaften des Betriebsmechanismus, der Zustand des Isoliermediums (z. B. SF6-Gas), die Leitfähigkeit des Hauptstromkreises und die Integrität der Hilfs- und Steuerstromkreise.

  • technologische BasisBasierend auf moderner Sensortechnologie, Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung, Edge Computing und intelligenten Diagnosealgorithmen analysiert es die riesige Menge an gesammelten Daten, extrahiert die charakteristischen Größen des Gesundheitszustands der Ausrüstung und sagt mögliche Ausfalltrends voraus.

  • Systemarchitektur:: In der Regel wird eine verteilte Schichtstruktur verwendet, die eine Sensorschicht am vorderen Ende, eine lokale Datenerfassungs- und -verarbeitungsschicht, eine für die Datenübertragung zuständige Netzschicht und eine Hauptschicht für die Anwendungsanalyse in der Mitte umfasst.

  • angewandter WertIhr Kernwert liegt in der frühzeitigen Warnung vor potenziellen Defekten von Leistungsschaltern, der Vermeidung von bösartigen Unfällen wie Funktionsverweigerung und Fehlauslösungen, der Optimierung von Wartungsstrategien, der Senkung der Betriebs- und Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer und der Bereitstellung wichtiger technischer Unterstützung für den sicheren und stabilen Betrieb von Stromnetzen.

I. Notwendigkeit und Ziele der Online-Überwachung

Hochspannungsleistungsschalter (HVBCs) sind die kritischsten Kontroll- und Schutzeinrichtungen im Stromnetz, und ihr Betriebszustand steht in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit des gesamten Stromnetzes. Das herkömmliche Modell der zeitabhängigen Wartung (TBM) hat viele Nachteile: Einerseits kann es dazu führen, dass Geräte in gutem Zustand unnötigerweise demontiert und überholt werden, was eine Verschwendung von Ressourcen und die mögliche Einführung neuer Defekte zur Folge hat; andererseits ist es unmöglich, plötzliche oder allmähliche Verschlechterungen zwischen zwei Wartungszyklen zu erkennen, und die potenzielle Gefahr von Unfällen besteht weiterhin.

Das grundlegende Ziel des Online-Überwachungssystems für Leistungsschalter ist es, dieZustandsabhängige Instandhaltung (CBM)d.h:

  1. Zustandserkennung in Echtzeit:: Kontinuierliche Erfassung von Daten über die Betriebsbedingungen von Leistungsschaltern, um deren "Gesundheitsindex" vollständig zu erfassen.

  2. Frühzeitige Warnung vor Mängeln:: Warnungen in der Entstehungsphase von Fehlern durch Trendanalyse und Diagnose charakteristischer Volumenanomalien.

  3. Vermeidung von außerplanmäßigen StillständenEffektive Verhinderung von großflächigen Netzausfällen, die durch die Verweigerung oder Fehlauslösung von Leistungsschaltern verursacht werden.

  4. Optimieren Sie O&M-Entscheidungen:: Bereitstellung einer genauen Datengrundlage für die Entwicklung von Instandhaltungsprogrammen, Übergang von "Wartung auf Zeit" zu "Wartung nach Bedarf".

II. zentrale Überwachungsobjekte und technische Grundlagen

Ein umfassendes System zur Online-Überwachung von Leistungsschaltern umfasst in der Regel die folgenden Schlüsselkomponenten:

1. die Online-Überwachung der mechanischen Eigenschaften
Die überwiegende Mehrheit der Ausfälle von Leistungsschaltern (ca. 801 TP3T) ist auf Defekte im mechanischen Antriebsmechanismus zurückzuführen.

  • Analyse der Wellenform des Stroms der SchaltspuleDie Stromkurven der Schalt- und Schließspulen werden von nicht-intrusiven Hall-Stromsensoren erfasst. Die Kurvenform ist der "Fingerabdruck" des gesamten Prozesses des Betriebsmechanismus, der viele wichtige Zeitpunkte wie die Kernaktion, das Schalten von Hilfsschaltern usw. enthält. Die Kurvenform kann durch Analyse der charakteristischen Punktzeit (z. B. Ansaugzeit) und der Stromamplitude genau berechnet werden. Durch die Analyse der charakteristischen Punktzeit (z. B. Ansaug- und Einschaltzeit) und der Stromamplitude der Wellenform kann der LeistungsschalterSchalt- und Schließzeiten, dreiphasige Ungleichzeitigkeitund stellen Sie fest, ob es Probleme wie Kernverklemmung, unzureichende Energiespeicherung oder schlechten Kontakt im Hilfsstromkreis gibt.

  • Zustandsüberwachung von Energiespeichermotoren:: Überwachen Sie den Anlaufstrom, den Betriebsstrom und die Energiespeicherzeit von Energiespeichermotoren. Eine übermäßige Energiespeicherzeit oder abnormale Ströme sind in der Regel ein Hinweis auf Probleme mit dem Motor selbst oder dem Antriebsmechanismus, wie z. B. schlechte Schmierung oder Verklemmung.

  • Überwachung von Schwingungen und Fahrverhalten:: Vibrationssignale während des Betriebs werden durch die Installation von Beschleunigungssensoren an Mechanikgehäusen oder Bedienungshebeln erfasst. Durch die Analyse der Schwingungssignale im Zeit-Frequenz-Bereich können mechanische Defekte wie das Lösen von Bauteilen und Befestigungselementen erkannt werden. Für eine genauere Überwachung können berührungslose Sensoren (z. B. Laser, Ultraschall) eingesetzt werden, um die Hub-Zeit-Kurve (s-t) des Hauptkontakts direkt zu messen und so dieSchließ- und Schließgeschwindigkeit, Nachlauf, Rückprallund andere wichtige mechanische Parameter.

2. die Online-Überwachung der elektrischen Leistung

  • Überwachung von SF6-Gasdichte und Mikrowasser:

    • Überwachung der DichteSF6-Schutzschalter: Bei SF6-Schutzschaltern hängen die Isolier- und Lichtbogenlöscheigenschaften des Gases direkt von seinemDichteund nicht der Druck (der Druck wird stark von der Temperatur beeinflusst). Ein Online-Dichterelais überwacht kontinuierlich die Dichte des SF6-Gases und zeigt das Vorhandensein eines Lecks an, wenn die Dichte unter eine Alarmschwelle fällt.

    • Überwachung von MikrowasserSpuren von Wasser im Öl können die SF6-Isolierung zersetzen und korrosive Zersetzungsprodukte erzeugen. Der Inline-Mikro-Wassersensor überwacht kontinuierlich den Wassergehalt (ppm) im Gas und verhindert eine Verschlechterung der internen Isolierung.

  • Überwachung der Leitfähigkeit des Hauptstromkreises:

    • Überwachung der Kontakttemperatur:: Echtzeit-Überwachung des Kontakttemperaturanstiegs durch die Installation von drahtlosen passiven Temperatursensoren (SAW- oder RFID-Technologie) an den beweglichen und statischen Kontaktverbindungen von Leistungsschaltern. Ein abnormaler Temperaturanstieg ist der direkteste und zuverlässigste Indikator für einen zunehmenden Kontaktwiderstand im Hauptstromkreis, der wirksam vor schwerwiegenden Defekten wie Kontaktverbrennungen und schlechten Kontakten warnen kann.

    • Überwachung des VakuumsBei Vakuum-Leistungsschaltern kann das Prinzip der Magnetron-Entladung oder das Prinzip der elektrischen Feldinduktion verwendet werden, um online zu beurteilen, ob das Vakuum der Vakuumschaltkammer geeignet ist.

3. die Überwachung der Hilfs- und Steuerkreise
Die Überwachung der Gleichstrom-Betriebsspannung, des Zustands der Sekundärkreise und des Betriebszustands der Heizungen stellt sicher, dass die Leistungsschalter bei Bedarf zuverlässig ausgelöst und gesteuert werden.

III. die Systemarchitektur

Online-Überwachungssysteme für Leistungsschalter verwenden in der Regel eine typische Internet of Things (IoT)-Architektur mit vier Ebenen:

  1. Wahrnehmungsebene (Sensoren)Stromsensoren: Besteht aus verschiedenen Arten von Sensoren (Strom-, Temperatur-, Schwingungs-, Dichte-, Wegsensoren usw.), die am Gehäuse des Leistungsschalters und am Antriebsmechanismus angebracht sind und für die Erfassung der physikalischen Rohsignale verantwortlich sind.

  2. Erfassungsschicht (In-situ-Einheiten)Besteht aus einem intelligenten Datenerfassungsterminal (DAU), das in der Nähe des Leistungsschalters eingesetzt wird. Sie ist für die Aufbereitung von Sensorsignalen, die Analog-Digital-Wandlung, die Datenpaketierung und die Ausführung einiger Edge-Computing- und lokaler Alarmfunktionen zuständig.

  3. Netzwerkschicht (Kommunikation)Verantwortlich für die Fernübertragung von Daten von der Erfassungseinheit zur Master-Station. In der Regel verwendet es Glasfaser-Ethernet, Power Line Carrier (PLC) oder 4G/5G drahtlose Kommunikation.

  4. Anwendungsschicht (Master-Software)Die Masterstation wird auf dem Server der Überwachungszentrale installiert und bietet eine grafische Schnittstelle. Die Master-Station ist für die zentrale Speicherung, Anzeige, Trendanalyse, intelligente Diagnose, Alarmauslösung und Berichtsverwaltung aller Leistungsschalterdaten in der gesamten Station verantwortlich und ist das Entscheidungszentrum für die Durchführung der Zustandsüberwachung.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1) Worin besteht der Unterschied zwischen der Online-Überwachung und der traditionellen Offline-Übergabe/Präventivprüfung?
Beide Verfahren ergänzen sich gegenseitig. Offline-Prüfungen (z. B. Stromkreiswiderstandsprüfung, Spannungsfestigkeitsprüfung) liefern eine "statische Momentaufnahme" des Leistungsschalters zu einem bestimmten Zeitpunkt mit hoher Datengenauigkeit, die ein Maßstab für den Zustand des Geräts ist. Die Online-Überwachung hingegen liefert ein "kontinuierliches Video" des Geräts unter realen Betriebsbedingungen und erfasst dynamische Veränderungen und fortschreitende Verschlechterungstendenzen, die offline nicht erkannt werden können. Das Ziel der Online-Überwachung ist es, die Durchführung von Offline-Tests zu steuern und zu optimieren.

2) Kann dieses System bei älteren Leistungsschaltern nachgerüstet werden?
Vollständig. Moderne Online-Überwachungssysteme werden unter vollständiger Berücksichtigung derTransformation der Rückverfolgbarkeit. Die meisten Sensoren, insbesondere die Strom-, Vibrations- und drahtlosen Temperatursensoren, werden nicht oder nur minimal invasiv installiert, ohne dass größere Änderungen am Gehäuse des Leistungsschalters vorgenommen werden müssen, so dass sie problemlos bei älteren, in Betrieb befindlichen Leistungsschaltern nachgerüstet werden können, um deren Intelligenz zu erhöhen.

3) Wie genau bestimmt das System den Austritt von SF6-Gas?
Das System ist online verfügbar überDichte-RelaisAnstelle eines Manometers zur Überwachung. Der Grund dafür ist, dass der Gasdruck in einem geschlossenen Behälter mit der Temperatur schwankt (Charlie'sches Gesetz), während die Dichte die Masse des Gases pro Volumeneinheit angibt, was ein genaueres Bild der Isolations- und Lichtbogenlöschmittelspannen ergibt. Die Master-Software kann die jährliche Leckagerate berechnen, indem sie den langfristigen Trend der Dichtedaten analysiert. Sobald die Leckagerate die Norm überschreitet oder der Dichtewert unter die eingestellte Alarmschwelle fällt, gibt das System einen Alarm aus.

4) Was ist der Unterschied zwischen Überwachung und Diagnose?
überwachtEs ist der Prozess der Datenerfassung, d.h. das "Sehen" und "Hören", der die Frage "Was passiert mit dem Gerät?" beantwortet. (z.B. die Schließzeit ist 10ms länger). Die WebsiteDiagnoseEs ist der Prozess der Datenanalyse und der Entscheidungsfindung oder des "Denkens", der Antworten auf die Fragen "Warum passiert das?" und "Was wird passieren?" (z. B. eine lange Schließzeit aufgrund einer schlechten Schmierung des Antriebsmechanismus, die, wenn sie nicht behandelt wird, innerhalb eines Monats zu einem fehlerhaften Verschluss führen könnte). Ein komplettes Online-Überwachungssystem muss eine leistungsstarke intelligente Diagnose beinhalten, um eine wirklich vorausschauende Wartung zu ermöglichen.