Este monitorizarea online a stării GIS afectată de interferențe electromagnetice?

Dacă sunteți operator de rețea electrică sau administrator de active GIS (Gas Insulated Switchgear), probabil că v-ați bazat pe monitorizarea online a stării pentru a menține echipamentele critice să funcționeze în mod fiabil. De ani de zile, am furnizat soluții online specializate de monitorizare a stării GIS și o întrebare apare mai des decât oricare alta:Monitorizarea stării online GIS este afectată de interferența electromagnetică (EMI)?Este o preocupare valabilă — GIS funcționează în medii de înaltă tensiune, cu curent ridicat, unde EMI este omniprezentă, iar datele din sistemele de monitorizare sunt linia de salvare pentru întreținerea predictivă. Să dezvăluim acest lucru, să o întemeiem pe provocările din lumea reală și să explicăm cum soluțiile noastre abordează această problemă.

În primul rând, să stabilim scena: GIS este compact, eficient și acum omniprezent în substații, dar designul său închis, închis cu metal nu elimină EMI - îl modelează. De fiecare dată când funcționează un întrerupător, se activează un descărcător de supratensiune sau se întrerupe un curent de defecțiune, acesta generează impulsuri electromagnetice tranzitorii (EMP) care se ondula prin substație. Aceste impulsuri se pot scurge sau se pot cupla în cabluri adiacente, senzori și dispozitive de monitorizare care alcătuiesc monitorizarea online a stării GIS. Riscul nu este doar un zgomot minor; este omisă semnele timpurii de defecțiune (cum ar fi descărcarea parțială) sau alertele false care irosesc resursele de întreținere.

În ultimul deceniu, am lucrat cu peste 20 de clienți de utilități din America de Nord și Europa, iar echipele noastre de la fața locului au documentat direct problemele de monitorizare legate de EMI. Instalările timpurii ale sistemelor de monitorizare de bază (senzori de la raft conectați împreună cu cablurile de alimentare) au avut în mod regulat 15-20% alerte fals pozitive de descărcare parțială în primii trei ani de activitate. Un client din Midwest a raportat că monitorizarea umidității gazului SF6 a crescut cu 30 ppm de fiecare dată când a comutat un transformator din apropiere, forțând operatorii să valideze manual citirile în loc să aibă încredere în datele în timp real. Atunci am aflat: EMI nu este o problemă teoretică – este un obstacol operațional zilnic pentru monitorizarea online a stării GIS neoptimizate.

Să explicăm modul în care EMI interacționează cu parametrii comuni de monitorizare GIS. În primul rând, monitorizarea calității gazului SF6: SF6 este miezul izolator și de stingere a arcului GIS, astfel încât scurgerile, descompunerea sau umiditatea sunt semnale critice de defecțiune timpurie. Senzorii noștri SF6 de prima generație au folosit conexiuni analogice prin cablu care au detectat EMI în mod comun de la barele de distribuție ale stației. EMI ar distorsiona citirile de tensiune, ceea ce face dificilă distingerea produselor secundare reale de descompunere a SF6 (cum ar fi SO2 sau H2S) de zgomotul electric. Ulterior, am reproiectat acești senzori cu procesare diferențială a semnalului, un cablu STP și un filtru de lățime de bandă reglat pentru a elimina frecvențele tranzitorii ale stației (1 kHz–1 MHz, cea mai comună sursă de zgomot de comutare GIS). Rezultatul? Citirile false de SF6 au scăzut cu 89% la testarea clienților. Dacă sunteți în căutarea unui sistem special conceput care să integreze această atenuare a zgomotului, consultați-neSistem de monitorizare a gazelor Sf6concepute exclusiv pentru medii GIS.

Apoi, monitorizarea descărcării parțiale (PD) - aici este locul unde interferențele EMI lovesc cel mai tare, deoarece PD în sine este un semnal electric minuscul (nanoamperi, picocoulombs) ascuns în zgomotul de fundal de înaltă tensiune. Am susținut odată un client din Texas, unde sistemul lor de monitorizare PD nespecializat a ratat un PD intern critic într-un golf GIS de 230 kV, deoarece senzorul nu a luat în considerare tranzitorii de curent de defect de 50 kA ale substației. Defecțiunea a provocat în cele din urmă o întrerupere de 4 ore, care a costat compania de utilități 2 milioane de dolari în venituri pierdute. Acea experiență ne-a determinat să ne construimSistem online de monitorizare a descărcarii parțiale pentru Giscare folosește două straturi de respingere EMI: în primul rând, traductoare de curent de înaltă frecvență (HFCT) cu ecranare metalică care se atașează direct la carcasa GIS cu împământare pentru a izola semnalele PD de zgomotul extern. În al doilea rând, un algoritm proprietar care face referințe încrucișate citirile PD marcate cu timp cu jurnalele de evenimente ale substației (operații întrerupătoare, activări descărcător de supratensiune) pentru a filtra vârfurile EMI tranzitorii. În testele ulterioare cu acel client din Texas, sistemul a detectat PD intern cu 12 luni înainte de orice alt semn de defecțiune, cu zero alerte false de la evenimentele de comutare a stației.

Descărcătoarele de supratensiune sunt o altă componentă GIS critică, iar monitorizarea lor (pentru curent rezidual și curent de scurgere) este, de asemenea, vulnerabilă la EMI. Când un fulger lovește o substație, descărcătorul de supratensiune deviază curentul, generând EMI masive care pot distorsiona citirile curentului de scurgere. Am văzut clienții care folosesc senzori generici de curent de scurgere care ar citi de 5 ori valoarea reală în timpul unei furtuni, ceea ce duce la înlocuiri inutile ale descărcătoarelor de supratensiune. NoastreMonitorizarea descărcătoarelor de supratensiuneSistemul folosește bobine Rogowski cu ecranare magnetică pentru a atenua EMI de frecvența fulgerului, asociate cu o carcasă rezistentă la intemperii care blochează zgomotul RF extern. Un client din Florida a raportat că, în timpul unei furtuni de categoria 2, sistemul nostru de monitorizare a descărcătoarelor de supratensiune a menținut o acuratețe a datelor de 98%, în timp ce sistemul generic al unei utilități vecine a avut o pierdere de date de 70%. Aceasta este diferența dintre designul rezistent la EMI și remediile ulterioare.

Acum, s-ar putea să vă întrebați: există o modalitate de a elimina complet impactul EMI? Răspunsul scurt este nu - substațiile vor avea întotdeauna zgomot electric, dar monitorizarea modernă a stării online GIS poate fi proiectată pentru a-l atenua eficient. Cheia nu este doar cumpărarea oricărui sistem de monitorizare; este să alegi unul proiectatpentru medii GIS, nereutilizat din setări industriale sau de joasă tensiune.

Să abordăm miturile comune pe care le auzim de la administratorii de active sceptici. Mitul 1: „Cablarea cu fibră optică elimină EMI, așa că ar trebui să rulez doar fibră în loc de cupru ecranat.” Deși fibra este imună la EMI electrice, poate încă capta zgomotul optic de la lumina ambientală sau de la căldura stației și este mai scump de instalat în GIS modernizat (unde trebuie să găuriți prin carcase metalice). Clienții noștri care au combinat cupru ecranat pentru comunicații cu senzori și fibră pentru backhaul obțin tot ce este mai bun din ambele lumi: costuri reduse, respingere ridicată a zgomotului și date fiabile pe distanță lungă. Mitul 2: „EMI afectează numai sistemele cu fir, așa că monitorizarea fără fir este mai bună.” Sistemele fără fir (cum ar fi LoRa sau Wi-Fi) sunt susceptibile la EMI RF de la transmițătoarele din apropiere sau echipamentele de control al substației, iar pachetele lor de date pot fi corupte în timpul evenimentelor cu tranziție ridicată. Am testat atât opțiunile fără fir, cât și cele cu fir și am descoperit că sistemele cu fir, întărite EMI au o disponibilitate de date cu 12% mai mare în mediile substațiilor, chiar și în timpul operațiunilor de comutare de vârf.

În ultimii cinci ani, baza noastră de clienți a crescut cu 35%, în cea mai mare parte din gură în gură. O utilitate majoră din Canada a trecut de la trei sisteme de monitorizare generice diferite la suita noastră completă de monitorizare a stării GIS online și a raportat: „Înainte, petreceam 10 ore pe săptămână validând alertele false; acum este mai puțin de 1 oră și am detectat un defect GIS care ar fi cauzat o întrerupere în această primăvară”. Acesta este beneficiul real al abordării EMI în monitorizare: obțineți date precise și acționabile care vă permit să planificați întreținerea, nu să reacționați la defecțiuni.

Dacă în prezent întâmpinați probleme legate de EMI cu monitorizarea GIS online a stării dvs. sau doriți să faceți upgrade la un sistem construit pentru medii de substație cu zgomot ridicat, am fi bucuroși să trecem prin soluțiile noastre. Echipa noastră de ingineri are experiență la fața locului cu instalații GIS de 110 kV până la 500 kV și vă putem oferi un plan personalizat de atenuare a zgomotului, adaptat configurației stației dumneavoastră. Indiferent dacă aveți nevoie de monitorizare SF6 țintită, detecție cuprinzătoare PD sau urmărire a descărcătoarelor de supratensiune, soluțiile noastre sunt concepute pentru a funcționa chiar și în mediile cele mai intense EMI. Pentru a afla mai multe despre sistemele noastre special concepute, inclusiv instrumentele noastre specializate de monitorizare a gazului SF6 și a descărcărilor parțiale, răsfoiți resursele noastre online sau contactați echipa noastră de vânzări pentru a discuta nevoile dumneavoastră specifice. Suntem aici pentru a vă ajuta să transformați datele de monitorizare fiabile în îmbunătățiri tangibile ale performanței rețelei.

Referințe

1. IEEE Std C37.122.1-2018, „Ghid IEEE pentru substații izolate cu gaz (GIS) pentru sisteme de alimentare de înaltă tensiune”
2. Wang, Y., şi colab. (2021). „Atenuarea interferențelor electromagnetice pentru monitorizarea descărcărilor parțiale în stațiile GIS.” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 36, nr. 4, p. 1897-1905.
3. Grupul de lucru al Consiliului Internațional pentru Sistemele Electrice Mari (CIGRE) A3.26. (2019). „Monitorizarea stării aparatelor de comutare izolate cu gaz: cele mai bune practici pentru rezistența la EMI.” Broșura CIGRE 762.
4. Biroul American de Standarde (ABS). (2022). „Orientări pentru monitorizarea online a stării în stațiile de înaltă tensiune.”