Monitoraggio online degli interruttori

• obiettivo principale: ottenere un monitoraggio e una valutazione continui e in tempo reale delle condizioni meccaniche ed elettriche degli interruttori HV/EHV, con l'obiettivo di passare dal tradizionale modello di “manutenzione a termine” (TBM) a quello più efficiente e affidabile di “manutenzione su condizione” (CBM).

• Dimensioni del monitoraggioIl sistema utilizza una rete multidimensionale di sensori per raccogliere in modo completo i principali parametri operativi dell'interruttore, tra cui: le caratteristiche meccaniche del meccanismo di funzionamento, lo stato del mezzo isolante (ad esempio, il gas SF6), la conduttività del circuito principale e l'integrità dei circuiti ausiliari e di controllo.

• base tecnologicaSulla base della moderna tecnologia di rilevamento, dell'acquisizione di dati ad alta velocità, dell'edge computing e di algoritmi diagnostici intelligenti, l'enorme quantità di dati raccolti viene analizzata per estrarre le quantità caratteristiche dello stato di salute dell'apparecchiatura e per prevedere le tendenze dei potenziali guasti.

• architettura del sistema: di solito viene adottata una struttura distribuita a strati, che comprende un livello di sensori all'estremità anteriore, un livello di acquisizione ed elaborazione dei dati locali, un livello di rete responsabile della trasmissione dei dati e un livello master di analisi delle applicazioni al centro.

• valore applicatoIl suo valore fondamentale consiste nell'avvisare tempestivamente i potenziali difetti degli interruttori, evitare incidenti pericolosi come il rifiuto di agire e la falsa attivazione, ottimizzare le strategie di manutenzione, ridurre i costi di funzionamento e manutenzione per l'intero ciclo di vita e fornire un supporto tecnico fondamentale per il funzionamento sicuro e stabile delle reti elettriche.

I. Necessità e obiettivi del monitoraggio online

Gli interruttori ad alta tensione (HVBC) sono le apparecchiature di controllo e protezione più critiche del sistema elettrico e il loro stato operativo è direttamente correlato alla sicurezza dell'intera rete elettrica. Il modello tradizionale di manutenzione basata sul tempo (TBM) presenta molti svantaggi: da un lato, può smontare e revisionare inutilmente le apparecchiature in buone condizioni, con conseguente spreco di risorse e la possibile introduzione di nuovi difetti; dall'altro, è impossibile rilevare un deterioramento improvviso o graduale tra due cicli di manutenzione, e il potenziale pericolo di incidenti esiste ancora.

L'obiettivo fondamentale del sistema di monitoraggio online degli interruttori automatici è quello di raggiungere laManutenzione basata sulle condizioni (CBM), cioè

1. Consapevolezza dello stato in tempo reale: ottenere continuamente dati sulle condizioni operative degli interruttori per comprendere appieno il loro “indice di salute”.

2. Segnalazione precoce dei difetti: avvisi allo stadio iniziale dei guasti attraverso l'analisi delle tendenze e la diagnosi delle anomalie di volume caratteristiche.

3. Evitare i fermi macchina non programmatiPrevenire efficacemente le interruzioni di rete su larga scala causate dal rifiuto o dalla falsa attivazione degli interruttori.

4. Ottimizzare le decisioni di O&M: fornire una base di dati accurata per la pianificazione della manutenzione, passando dalla “manutenzione in tempo” alla “manutenzione su richiesta”.

II. Oggetti di monitoraggio e principi tecnici fondamentali

Un sistema completo di monitoraggio online degli interruttori comprende in genere i seguenti componenti chiave:

1. Monitoraggio online delle proprietà meccaniche
La stragrande maggioranza dei guasti agli interruttori (circa 801 TP3T) deriva da difetti nel meccanismo di funzionamento meccanico.

• Analisi della forma d'onda della corrente della bobina di commutazioneLe forme d'onda della corrente delle bobine di commutazione e di chiusura sono raccolte da sensori di corrente Hall non intrusivi. La forma d'onda è l“”impronta digitale" dell'intero processo del meccanismo di funzionamento, che contiene molti punti temporali chiave, come l'azione del nucleo, la commutazione dell'interruttore ausiliario, ecc. Analizzando il tempo del punto caratteristico (ad esempio, il tempo di aspirazione e di chiusura) e l'ampiezza della corrente della forma d'onda, è possibile calcolare con precisione la forma d'onda dell'interruttore automatico.Tempi di commutazione e chiusura, non simultaneità trifasee determinare se ci sono problemi come l'inceppamento del nucleo, l'accumulo di energia insufficiente o un cattivo contatto nel circuito ausiliario.

• Monitoraggio delle condizioni del motore ad accumulo di energia: monitorare la corrente di avviamento, la corrente di funzionamento e il tempo di accumulo di energia dei motori ad accumulo di energia. Un tempo di accumulo di energia eccessivo o correnti anomale sono solitamente indice di problemi del motore stesso o del meccanismo di azionamento, come una scarsa lubrificazione o un inceppamento.

• Monitoraggio delle vibrazioni e del comportamento di viaggio: I segnali di vibrazione durante il funzionamento vengono acquisiti installando sensori di accelerazione sulle scatole dei meccanismi o sulle leve di comando. Analizzando i segnali di vibrazione nel dominio tempo-frequenza, è possibile identificare difetti meccanici come l'allentamento di componenti e il distacco di elementi di fissaggio. Per un monitoraggio più preciso, si possono utilizzare sensori senza contatto (ad esempio, laser, ultrasuoni) per misurare direttamente la curva corsa-tempo (s-t) del contatto principale, ottenendo così il valore di riferimento.Velocità di chiusura e chiusura, extracorsa, rimbalzoe altri parametri meccanici fondamentali.

2. Monitoraggio in linea delle prestazioni elettriche

• Monitoraggio della densità del gas SF6 e della microacqua:

  • Monitoraggio della densitàPer gli interruttori SF6, le proprietà isolanti e di spegnimento dell'arco elettrico del gas dipendono direttamente dalla sua composizione.densitàpiuttosto che la pressione (la pressione è fortemente influenzata dalla temperatura). Un relè di densità in linea monitora continuamente la densità del gas SF6 e segnala la presenza di una perdita se scende al di sotto di una soglia di allarme.

  • Monitoraggio delle microacqueTracce di acqua nell'olio possono degradare l'isolamento dell'SF6 e produrre prodotti di decomposizione corrosivi. Il microsensore d'acqua in linea monitora continuamente il contenuto d'acqua (ppm) nel gas e previene il degrado dell'isolamento interno.

• Monitoraggio della conduttività del circuito principale:

  • Monitoraggio della temperatura dei contatti: Monitoraggio in tempo reale dell'aumento della temperatura dei contatti mediante l'installazione di sensori di temperatura passivi wireless (tecnologia SAW o RFID) sulle connessioni di contatto mobili e statiche degli interruttori automatici. L'aumento anomalo della temperatura è l'indicatore più diretto e affidabile dell'aumento della resistenza dei contatti nel circuito principale, che può segnalare efficacemente la presenza di difetti gravi come la bruciatura dei contatti e il cattivo contatto.

  • Monitoraggio del vuotoPer gli interruttori sotto vuoto, il principio della scarica di magnetron o il principio dell'induzione del campo elettrico possono essere utilizzati per valutare in linea se il vuoto della camera dell'interruttore sotto vuoto è qualificato.

3. Monitoraggio dei circuiti ausiliari e di controllo
Il monitoraggio della tensione di alimentazione operativa CC, dello stato di salute dei circuiti secondari e dello stato di funzionamento dei riscaldatori assicura che gli interruttori automatici vengano azionati e controllati in modo affidabile quando necessario.

III. Architettura del sistema

I sistemi di monitoraggio online degli interruttori automatici utilizzano una tipica architettura Internet of Things (IoT) a quattro livelli:

1. Strato di percezione (sensori)È costituito da vari tipi di sensori (di corrente, di temperatura, di vibrazione, di densità, di spostamento, ecc.) montati sul corpo dell'interruttore e sul meccanismo di funzionamento ed è responsabile dell'acquisizione dei segnali fisici grezzi.

2. Strato di acquisizione (unità in situ)Consiste in un terminale di acquisizione dati intelligente (DAU) installato vicino all'interruttore automatico. È responsabile del condizionamento dei segnali dei sensori, della conversione analogico-digitale, del confezionamento dei dati e dell'esecuzione di alcune funzioni di edge computing e di allarme locale.

3. Livello di rete (comunicazioni)Responsabile della trasmissione remota dei dati dall'unità di acquisizione alla stazione master. Di solito, adotta la fibra ottica Ethernet, il power line carrier (PLC) o la comunicazione wireless 4G/5G.

4. Livello applicativo (software principale)Distribuito sul server del centro di monitoraggio, fornisce un'interfaccia grafica. La stazione master è responsabile dell'archiviazione centralizzata, della visualizzazione, dell'analisi delle tendenze, della diagnosi intelligente, del rilascio degli allarmi e della gestione dei rapporti dei dati di tutti gli interruttori dell'intera stazione ed è il centro decisionale per il raggiungimento della manutenzione delle condizioni.

Domande frequenti (FAQ)

1. Qual è la differenza tra il monitoraggio in linea e i tradizionali test di consegna/prevenzione off-line?
Le due cose sono complementari. I test offline (ad esempio, test di resistenza del circuito, test di resistenza alla tensione) forniscono una “istantanea statica” dell'interruttore in un momento specifico, con un'elevata precisione dei dati, che rappresenta un punto di riferimento dello stato dell'apparecchiatura. Il monitoraggio online, invece, fornisce un “video continuo” dell'apparecchiatura in condizioni operative reali, catturando i cambiamenti dinamici e le tendenze di deterioramento progressivo che non possono essere rilevati offline. L'obiettivo del monitoraggio online è quello di guidare e ottimizzare la conduzione dei test offline.

2. Questo sistema può essere adattato agli interruttori più vecchi?
Completamente. I moderni sistemi di monitoraggio in linea sono progettati tenendo pienamente conto dellaTrasformazione della tracciabilità. La maggior parte dei sensori, in particolare i sensori di corrente, vibrazione e temperatura wireless, sono installati in modo non invasivo o minimamente invasivo senza modifiche sostanziali al corpo dell'interruttore, quindi possono essere facilmente installati in un secondo momento sugli interruttori più vecchi in servizio per migliorarne l'intelligenza.

3. Con quale precisione il sistema determina le perdite di gas SF6?
Il sistema è disponibile online tramiteRelè di densitàInvece di un manometro per il monitoraggio. Questo perché la pressione del gas varia con la temperatura in un contenitore chiuso (legge di Charlie), mentre la densità è la massa di gas per unità di volume, che riflette meglio i margini dell'isolante e del mezzo di interruzione. Il software master può calcolare il tasso di perdita annuale analizzando la tendenza a lungo termine dei dati di densità. Quando il tasso di perdita supera lo standard o il valore della densità scende al di sotto della soglia di allarme impostata, il sistema emette un allarme.

4. Qual è la differenza tra monitoraggio e diagnosi?
monitorÈ il processo di acquisizione dei dati, cioè “vedere” e “sentire”, che risponde alla domanda “Cosa sta succedendo al dispositivo?”. (ad esempio, il tempo di chiusura è più lungo di 10 ms). IldiagnosticaÈ il processo di analisi dei dati e del processo decisionale, o “pensiero”, che risponde alle domande “Perché sta accadendo questo?” e “Cosa succederà?”. (ad esempio, un lungo tempo di chiusura dovuto a una scarsa lubrificazione del meccanismo operativo che, se non trattato, potrebbe portare a una chiusura fallita entro un mese). Un sistema completo di monitoraggio online deve includere una potente diagnostica intelligente per consentire una manutenzione realmente predittiva.