Supervisión en línea de los disyuntores

• objetivo central:: Conseguir una supervisión y evaluación continuas y en tiempo real del estado mecánico y eléctrico de los disyuntores de AT/MAT, con el objetivo de pasar del modelo tradicional de "Mantenimiento Basado en Plazos (TBM)" al modelo más eficaz y fiable de "Mantenimiento Basado en Condiciones (CBM)".

• Dimensiones de controlEl sistema utiliza una red multidimensional de sensores para recopilar de forma exhaustiva los parámetros clave de funcionamiento del disyuntor, entre los que se incluyen principalmente: las características mecánicas del mecanismo de funcionamiento, el estado del medio aislante (por ejemplo, gas SF6), la conductividad del circuito principal y la integridad de los circuitos auxiliares y de control.

• base tecnológica: Basándose en la moderna tecnología de detección, la adquisición de datos a alta velocidad, la computación de borde y los algoritmos de diagnóstico inteligentes, la ingente cantidad de datos recopilados se analiza para extraer las magnitudes características del estado de salud de los equipos y predecir posibles tendencias de fallo.

• arquitectura del sistema:: Suele adoptarse una estructura distribuida en capas, que incluye una capa de sensores en el extremo frontal, una capa local de adquisición y procesamiento de datos, una capa de red responsable de la transmisión de datos y una capa maestra de análisis de aplicaciones en el centro.

• valor aplicadoSu valor fundamental reside en la alerta temprana de posibles defectos de los disyuntores, la prevención de accidentes viciosos como la negativa a actuar y la activación falsa, la optimización de las estrategias de mantenimiento, la reducción de los costes de explotación y mantenimiento durante toda la vida útil, y la prestación de apoyo técnico clave para el funcionamiento seguro y estable de las redes eléctricas.

I. Necesidad y objetivos de la supervisión en línea

Los interruptores automáticos de alta tensión (ICAT) son los equipos de control y protección más críticos del sistema eléctrico, y su estado operativo está directamente relacionado con la seguridad de toda la red eléctrica. El modelo tradicional de mantenimiento basado en el tiempo (TBM) tiene muchos inconvenientes: por un lado, puede desmantelar y revisar innecesariamente equipos en buen estado, lo que supone un despilfarro de recursos y la posible introducción de nuevos defectos; por otro, es imposible detectar deterioros repentinos o graduales entre dos ciclos de mantenimiento, y sigue existiendo el peligro potencial de accidentes.

El objetivo fundamental del sistema de supervisión de disyuntores en línea es lograr laMantenimiento basado en el estado (CBM)es decir

1. Conocimiento del estado en tiempo realEl "índice de salud" de los disyuntores: obtención continua de datos sobre las condiciones de funcionamiento de los disyuntores para conocer a fondo su "índice de salud".

2. Alerta precoz de defectos:: Alerta en fase incipiente de fallos mediante análisis de tendencias y diagnóstico de anomalías características de volumen.

3. Evitar paradas no programadas: Evita eficazmente los cortes de red a gran escala causados por el rechazo o la falsa activación de los disyuntores.

4. Optimizar las decisiones de O&MMantenimiento: proporcionar una base de datos precisa para la planificación del mantenimiento, pasando del "mantenimiento a tiempo" al "mantenimiento a demanda".

II. Objetos centrales de supervisión y principios técnicos

Un sistema completo de supervisión en línea de interruptores automáticos suele incluir los siguientes componentes clave:

1. Control en línea de las propiedades mecánicas
La gran mayoría de los fallos de disyuntores (aproximadamente 801 TP3T) se deben a defectos en el mecanismo de funcionamiento mecánico.

• Análisis de la forma de onda de la corriente de la bobina de conmutaciónLas formas de onda de corriente de las bobinas de conmutación y cierre se recogen mediante sensores de corriente Hall no intrusivos. La forma de onda es la "huella digital" de todo el proceso del mecanismo de funcionamiento, que contiene muchos puntos temporales clave, como la acción del núcleo, la conmutación del interruptor auxiliar, etc. La forma de onda puede calcularse con precisión analizando el tiempo del punto característico (por ejemplo, el tiempo de succión) y la amplitud de la corriente. Analizando el tiempo del punto característico (por ejemplo, el tiempo de succión y cierre) y la amplitud de la corriente de la forma de onda, el interruptor automáticoTiempos de conmutación y cierre, no simultaneidad trifásicay determinar si hay problemas como atasco del núcleo, almacenamiento insuficiente de energía o mal contacto en el circuito auxiliar.

• Control del estado de los motores con almacenamiento de energíaControl: controle la corriente de arranque, la corriente de funcionamiento y el tiempo de almacenamiento de energía de los motores de almacenamiento de energía. Un tiempo de almacenamiento de energía excesivo o unas corrientes anómalas suelen ser indicativos de problemas en el propio motor o en el mecanismo de accionamiento, como una lubricación deficiente o un atasco.

• Control de las vibraciones y del comportamiento de desplazamientoObjetivo: captar las señales de vibración durante el funcionamiento instalando sensores de aceleración en las cajas de mecanismos o en las palancas de accionamiento. El análisis de las señales de vibración en el dominio tiempo-frecuencia permite detectar defectos mecánicos como el aflojamiento de componentes o el desprendimiento de elementos de fijación. Para un control más preciso, pueden utilizarse sensores sin contacto (por ejemplo, láser, ultrasonidos) para medir directamente la curva carrera-tiempo (s-t) del contacto principal y obtener elVelocidad de cierre, sobrerrecorrido, rebotey otros parámetros mecánicos fundamentales.

2. Control en línea del rendimiento eléctrico

• Control de la densidad del gas SF6 y del microagua:

  • Control de la densidadEn el caso de los disyuntores de SF6, las propiedades aislantes y de extinción de arcos del gas dependen directamente de su contenido.densidaden lugar de la presión (la presión está muy influenciada por la temperatura). Un relé de densidad en línea supervisa continuamente la densidad del gas SF6 e indica la presencia de una fuga si cae por debajo de un umbral de alarma.

  • Control del microondasSensor de agua en línea : Las trazas de agua en el aceite pueden degradar el aislamiento de SF6 y producir productos de descomposición corrosivos. El microsensor de agua en línea supervisa continuamente el contenido de agua (ppm) en el gas y evita la degradación del aislamiento interno.

• Control de la conductividad del circuito principal:

  • Control de la temperatura de contactoControl en tiempo real del aumento de temperatura de los contactos mediante la instalación de sensores de temperatura pasivos inalámbricos (tecnología SAW o RFID) en las conexiones de los contactos móviles y estáticos de los disyuntores. El aumento anormal de la temperatura es el indicador más directo y fiable del aumento de la resistencia de contacto en el circuito principal, lo que puede advertir eficazmente de defectos graves como la quema de contactos y el contacto deficiente.

  • Control del vacíoEn el caso de los interruptores al vacío, se puede utilizar el principio de descarga magnetrónica o el principio de inducción de campo eléctrico para evaluar en línea si el vacío de la cámara del interruptor al vacío está cualificado.

3. Supervisión de circuitos auxiliares y de control
La supervisión de la tensión de alimentación de funcionamiento de CC, el estado de los circuitos secundarios y el estado de funcionamiento de los calentadores garantiza que los disyuntores se accionen y controlen de forma fiable cuando sea necesario.

III. Arquitectura del sistema

Los sistemas de monitorización en línea de disyuntores suelen utilizar una arquitectura de cuatro capas típica del Internet de las Cosas (IoT):

1. Capa de percepción (sensores)Sensores: Consiste en varios tipos de sensores (corriente, temperatura, vibración, densidad, sensores de desplazamiento, etc.) montados en el cuerpo del disyuntor y en el mecanismo operativo, y es responsable de la captura de señales físicas en bruto.

2. Capa de adquisición (unidades in situ)Terminal inteligente de adquisición de datos (DAU): consiste en un terminal inteligente de adquisición de datos (DAU) desplegado cerca del disyuntor. Se encarga del acondicionamiento de las señales de los sensores, la conversión analógico-digital, el empaquetado de datos y la realización de algunas funciones de computación de borde y alarma local.

3. Capa de red (comunicaciones)Responsable de la transmisión remota de datos desde la unidad de adquisición a la estación maestra. Suele adoptar fibra óptica Ethernet, portadora de línea eléctrica (PLC) o comunicación inalámbrica 4G/5G.

4. Capa de aplicación (software maestro)Estación maestra: se instala en el servidor del centro de supervisión y proporciona una interfaz gráfica. La estación maestra es responsable del almacenamiento centralizado, la visualización, el análisis de tendencias, el diagnóstico inteligente, la liberación de alarmas y la gestión de informes de todos los datos de interruptores de toda la estación, y es el centro de toma de decisiones para realizar el mantenimiento de las condiciones.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Cuál es la diferencia entre el control en línea y el tradicional traspaso/pruebas preventivas fuera de línea?
Ambas son complementarias. Las pruebas fuera de línea (por ejemplo, prueba de resistencia del circuito, prueba de tensión soportada) proporcionan una "instantánea estática" del disyuntor en un punto específico en el tiempo, con una alta precisión de datos, que es un punto de referencia del estado del equipo. La monitorización en línea, por otro lado, proporciona un "vídeo continuo" del equipo en condiciones reales de funcionamiento, capturando los cambios dinámicos y las tendencias de deterioro progresivo que no pueden detectarse fuera de línea. El objetivo de la supervisión en línea es guiar y optimizar la realización de pruebas fuera de línea.

2. ¿Se puede adaptar este sistema a disyuntores más antiguos?
Completamente. Los modernos sistemas de supervisión en línea se diseñan teniendo plenamente en cuenta laTransformación de la trazabilidad. La mayoría de los sensores, especialmente los de corriente, vibración y temperatura inalámbricos, se instalan de forma no invasiva o mínimamente invasiva sin grandes cambios en el cuerpo del disyuntor, por lo que se pueden adaptar fácilmente a disyuntores antiguos en funcionamiento para mejorar su inteligencia.

3. ¿Con qué precisión determina el sistema las fugas de gas SF6?
El sistema está disponible en línea a través deRelé de densidadEn lugar de un manómetro para controlar. Esto se debe a que la presión del gas varía con la temperatura en un recipiente cerrado (Ley de Charlie), mientras que la densidad es la masa de gas por unidad de volumen, que es un reflejo más fiel de los márgenes de los medios de aislamiento y extinción del arco. El software maestro puede calcular el índice anual de fugas analizando la tendencia a largo plazo de los datos de densidad. En cuanto el índice de fugas supera la norma o el valor de densidad cae por debajo del umbral de alarma establecido, el sistema emite una alarma.

4. ¿Cuál es la diferencia entre seguimiento y diagnóstico?
monitoresEs el proceso de adquisición de datos, es decir, "ver" y "oír", lo que responde a la pregunta "¿Qué le pasa al aparato?". (por ejemplo, el tiempo de cierre es 10 ms más largo). El sitiodiagnósticoEs el proceso de análisis de datos y toma de decisiones, o "pensamiento", que responde a las preguntas "¿Por qué está pasando esto?" y "¿Qué va a pasar?". (por ejemplo, un tiempo de cierre prolongado debido a una lubricación deficiente del mecanismo de funcionamiento que, si no se trata, podría provocar un cierre fallido en el plazo de un mes). Un sistema completo de supervisión en línea debe incluir potentes diagnósticos inteligentes para permitir un mantenimiento verdaderamente predictivo.