Monitoramento on-line de disjuntores

• objetivo principalObjetivo: Obter monitoramento e avaliação contínuos e em tempo real das condições mecânicas e elétricas dos disjuntores HV/EHV, visando à mudança do modelo tradicional de “Manutenção baseada em prazos (TBM)” para o modelo mais eficiente e confiável de “Manutenção baseada em condições (CBM)”.

• Dimensões de monitoramentoO sistema usa uma rede multidimensional de sensores para coletar de forma abrangente os principais parâmetros operacionais do disjuntor, incluindo principalmente: as características mecânicas do mecanismo operacional, o estado do meio isolante (por exemplo, gás SF6), a condutividade do circuito principal e a integridade dos circuitos auxiliares e de controle.

• base tecnológicaCom base na moderna tecnologia de detecção, aquisição de dados em alta velocidade, computação de ponta e algoritmos de diagnóstico inteligentes, a enorme quantidade de dados coletados é analisada para extrair as quantidades características do estado de saúde do equipamento e prever possíveis tendências de falha.

• arquitetura do sistema: geralmente é adotada uma estrutura distribuída em camadas, incluindo uma camada de sensor na extremidade frontal, uma camada local de aquisição e processamento de dados, uma camada de rede responsável pela transmissão de dados e uma camada principal de análise de aplicativos no centro.

• valor aplicadoSeu principal valor está no alerta antecipado de possíveis defeitos dos disjuntores, evitando acidentes graves, como a recusa em agir e a falsa ativação, otimizando as estratégias de manutenção, reduzindo os custos de operação e manutenção durante toda a vida útil e fornecendo suporte técnico essencial para a operação segura e estável das redes de energia.

I. Necessidade e objetivos do monitoramento on-line

Os disjuntores de alta tensão (HVBCs) são os equipamentos de controle e proteção mais importantes do sistema de energia, e seu status operacional está diretamente relacionado à segurança de toda a rede elétrica. O modelo tradicional de manutenção com base no tempo (TBM) tem muitas desvantagens: por um lado, ele pode desmontar e revisar desnecessariamente equipamentos em boas condições, resultando em desperdício de recursos e na possível introdução de novos defeitos; por outro lado, é impossível detectar a deterioração súbita ou gradual entre dois ciclos de manutenção, e o perigo potencial de acidentes ainda existe.

O objetivo fundamental do sistema de monitoramento on-line de disjuntores é alcançar aManutenção baseada em condições (CBM), ou seja

1. Conhecimento do estado em tempo real: Obtenção contínua de dados sobre as condições de operação dos disjuntores para compreender totalmente seu “índice de saúde”.

2. Aviso antecipado de defeitosAlerta no estágio inicial de falhas por meio da análise de tendências e do diagnóstico de anomalias características de volume.

3. Evitar paradas não programadasPrevenção eficaz de interrupções da rede elétrica em larga escala causadas por recusa ou falsa ativação do disjuntor.

4. Otimizar as decisões de O&M: Fornecer uma base de dados precisa para o desenvolvimento de programas de manutenção, passando de “manutenção pontual” para “manutenção sob demanda”.

II. principais objetos de monitoramento e princípios técnicos

Um sistema abrangente de monitoramento on-line de disjuntores normalmente abrange os seguintes componentes principais:

1. monitoramento on-line de propriedades mecânicas
A grande maioria das falhas de disjuntores (aproximadamente 801 TP3T) decorre de defeitos no mecanismo de operação mecânica.

• Análise da forma de onda da corrente da bobina de comutaçãoAs formas de onda de corrente das bobinas de comutação e fechamento são coletadas por sensores de corrente Hall não intrusivos. A forma de onda é a “impressão digital” de todo o processo do mecanismo operacional, que inclui muitos pontos de tempo importantes, como a ação do núcleo, a comutação do interruptor auxiliar, etc. A forma de onda pode ser calculada com precisão por meio da análise do tempo do ponto característico (por exemplo, tempo de sucção) e da amplitude da corrente. Ao analisar o tempo do ponto característico (por exemplo, tempo de sucção e fechamento) e a amplitude da corrente da forma de onda, o desempenho do disjuntor pode ser calculado com precisão.Tempos de comutação e fechamento, não simultaneidade trifásicae determinar se há problemas como emperramento do núcleo, armazenamento insuficiente de energia ou mau contato no circuito auxiliar.

• Monitoramento da condição do motor de armazenamento de energiaMonitoramento: monitore a corrente de partida, a corrente de operação e o tempo de armazenamento de energia dos motores de armazenamento de energia. O tempo excessivo de armazenamento de energia ou as correntes anormais geralmente indicam problemas no próprio motor ou no mecanismo de acionamento, como lubrificação deficiente ou emperramento.

• Monitoramento de vibração e comportamento de viagemDescrição: Os sinais de vibração durante a operação são capturados por meio da instalação de sensores de aceleração em caixas de mecanismo ou alavancas de operação. Ao analisar os sinais de vibração no domínio tempo-frequência, é possível identificar defeitos mecânicos, como afrouxamento de componentes e desprendimento de fixadores. Para um monitoramento mais preciso, sensores sem contato (por exemplo, laser, ultrassom) podem ser usados para medir diretamente a curva de tempo de curso (s-t) do contato principal para obter aVelocidade de fechamento e fechamento, sobrecurso, rebotee outros parâmetros mecânicos essenciais.

2. monitoramento on-line do desempenho elétrico

• Densidade do gás SF6 e monitoramento de micro-água:

  • Monitoramento da densidadePara disjuntores de SF6, as propriedades isolantes e de extinção de arco do gás dependem diretamente de suadensidadeem vez de pressão (a pressão é fortemente influenciada pela temperatura). Um relé de densidade em linha monitora continuamente a densidade do gás SF6 e indica a presença de um vazamento se ela ficar abaixo de um limite de alarme.

  • Monitoramento de micro-águaO micro sensor de água em linha monitora continuamente o conteúdo de água (ppm) no gás e evita a degradação do isolamento interno. O micro sensor de água em linha monitora continuamente o teor de água (ppm) no gás e evita a degradação do isolamento interno.

• Monitoramento da condutividade do circuito principal:

  • Monitoramento da temperatura do contatoDescrição: Monitoramento em tempo real do aumento da temperatura de contato por meio da instalação de sensores de temperatura passivos sem fio (tecnologia SAW ou RFID) nas conexões de contato móveis e estáticas dos disjuntores. O aumento anormal da temperatura é o indicador mais direto e confiável do aumento da resistência de contato no circuito principal, o que pode alertar efetivamente sobre defeitos graves, como queima de contato e mau contato.

  • Monitoramento de vácuoPara disjuntores a vácuo, o princípio de descarga magnetron ou o princípio de indução de campo elétrico pode ser usado para avaliar on-line se o vácuo da câmara do interruptor a vácuo é qualificado.

3. monitoramento de circuitos auxiliares e de controle
O monitoramento da tensão de alimentação operacional CC, a integridade dos circuitos secundários e o status operacional dos aquecedores garantem que os disjuntores sejam acionados e controlados de forma confiável quando necessário.

III Arquitetura do sistema

Os sistemas de monitoramento on-line de disjuntores normalmente usam uma arquitetura típica de quatro camadas da Internet das Coisas (IoT):

1. Camada de percepção (sensores)Sensores de corrente: Consiste em vários tipos de sensores (sensores de corrente, temperatura, vibração, densidade, deslocamento etc.) montados no corpo do disjuntor e no mecanismo de operação, responsáveis pela captura de sinais físicos brutos.

2. Camada de aquisição (unidades in situ)Terminal de aquisição de dados inteligente (DAU): consiste em um terminal de aquisição de dados inteligente (DAU) implantado próximo ao disjuntor. É responsável pelo condicionamento dos sinais do sensor, conversão analógico-digital, empacotamento de dados e execução de algumas funções de computação de borda e alarme local.

3. Camada de rede (comunicações)Interface de comunicação: Responsável pela transmissão remota de dados da unidade de aquisição para a estação mestra. Normalmente, adota Ethernet de fibra óptica, Power Line Carrier (PLC) ou comunicação sem fio 4G/5G.

4. Camada de aplicativos (software mestre)Estação mestra: implantada no servidor do centro de monitoramento, fornecendo uma interface gráfica. A estação mestra é responsável pelo armazenamento centralizado, exibição, análise de tendências, diagnóstico inteligente, liberação de alarmes e gerenciamento de relatórios de todos os dados do disjuntor em toda a estação, além de ser o centro de tomada de decisões para a realização da manutenção de condições.

Perguntas frequentes (FAQ)

1) Qual é a diferença entre o monitoramento on-line e o teste tradicional de prevenção/transferência off-line?
Os dois são complementares. Os testes off-line (por exemplo, teste de resistência do circuito, teste de resistência à tensão) fornecem um “instantâneo estático” do disjuntor em um ponto específico no tempo, com alta precisão de dados, que é uma referência do status do equipamento. O monitoramento on-line, por outro lado, fornece um “vídeo contínuo” do equipamento em condições reais de operação, capturando mudanças dinâmicas e tendências de deterioração progressiva que não podem ser detectadas off-line. O objetivo do monitoramento on-line é orientar e otimizar a realização de testes off-line.

2) Esse sistema pode ser adaptado a disjuntores mais antigos?
Completamente. Os modernos sistemas de monitoramento on-line são projetados levando em consideração osTransformação da rastreabilidade. A maioria dos sensores, especialmente os sensores de corrente, vibração e temperatura sem fio, são instalados de forma não invasiva ou minimamente invasiva, sem grandes alterações no corpo do disjuntor, de modo que podem ser facilmente adaptados a disjuntores mais antigos em operação para aprimorar sua inteligência.

3) Com que precisão o sistema determina o vazamento de gás SF6?
O sistema está disponível on-line por meio deRelé de densidadeEm vez de um medidor de pressão para monitorar. Isso ocorre porque a pressão do gás varia com a temperatura em um recipiente fechado (Lei de Charlie), enquanto a densidade é a massa de gás por unidade de volume, que é um reflexo mais verdadeiro do isolamento e da margem do meio de interrupção. O software mestre pode calcular a taxa de vazamento anual analisando a tendência de longo prazo dos dados de densidade. Quando a taxa de vazamento exceder o padrão ou o valor da densidade cair abaixo do limite de alarme definido, o sistema emitirá um alarme.

4) Qual é a diferença entre monitoramento e diagnóstico?
monitoresÉ o processo de aquisição de dados, ou seja, “ver” e “ouvir”, que responde à pergunta “O que está acontecendo com o dispositivo?” (por exemplo, o tempo de fechamento é 10 ms mais longo). OdiagnósticoÉ o processo de análise de dados e tomada de decisão, ou “pensamento”, que responde às perguntas “Por que isso está acontecendo?” e “O que vai acontecer?” (por exemplo, um longo tempo de fechamento devido à má lubrificação do mecanismo operacional que, se não for tratado, pode levar a uma falha no fechamento em um mês). Um sistema completo de monitoramento on-line deve incluir diagnósticos avançados e inteligentes para permitir uma manutenção realmente preditiva.