Czy monitorowanie stanu GIS online jest podatne na zakłócenia elektromagnetyczne?

Jeśli jesteś operatorem sieci energetycznej lub zarządzasz aktywami GIS (rozdzielnice w izolacji gazowej), prawdopodobnie polegasz na monitorowaniu stanu online, aby zapewnić niezawodne działanie krytycznego sprzętu. Od lat dostarczamy specjalistyczne rozwiązania do monitorowania stanu online GIS i jedno pytanie pojawia się częściej niż inne:Czy na monitorowanie stanu online GIS wpływają zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)?To uzasadniona obawa — GIS działa w środowiskach wysokiego napięcia i wysokiego natężenia prądu, w których zakłócenia elektromagnetyczne są wszechobecne, a dane z systemów monitorowania stanowią ostatnią deskę ratunku w konserwacji predykcyjnej. Rozłóżmy to na czynniki pierwsze, oprzyjmy na rzeczywistych wyzwaniach i wyjaśnijmy, w jaki sposób nasze rozwiązania rozwiązują ten problem.

Najpierw przygotujmy sytuację: GIS jest kompaktowy, wydajny i obecnie wszechobecny w podstacjach, ale jego zamknięta, metalowa konstrukcja nie eliminuje zakłóceń elektromagnetycznych – wręcz je kształtuje. Za każdym razem, gdy zadziała wyłącznik, zadziała ogranicznik przepięć lub zaniknie prąd zwarciowy, generuje on przejściowe impulsy elektromagnetyczne (EMP), które tętnią w podstacji. Impulsy te mogą wyciekać lub łączyć się z sąsiednimi kablami, czujnikami i urządzeniami monitorującymi, które składają się na monitorowanie stanu online GIS. Ryzyko to nie tylko drobny hałas; przeocza wczesne oznaki awarii (takie jak wyładowania częściowe) lub fałszywe alarmy, które marnują zasoby konserwacyjne.

W ciągu ostatniej dekady współpracowaliśmy z ponad 20 klientami z branży użyteczności publicznej w Ameryce Północnej i Europie, a nasze zespoły na miejscu z pierwszej ręki udokumentowały problemy z monitorowaniem związane z zakłóceniami elektromagnetycznymi. Wczesne instalacje podstawowych systemów monitorowania (gotowe czujniki podłączone do kabli zasilających) w ciągu pierwszych trzech lat naszej działalności regularnie powodowały 15–20% fałszywych alarmów o wyładowaniach częściowych. Jeden z klientów ze Środkowego Zachodu zgłosił gwałtowny wzrost poziomu monitorowania wilgotności gazu SF6 o 30 ppm przy każdej zmianie pobliskiego transformatora, co zmusiło operatorów do ręcznego sprawdzania odczytów zamiast ufania danym w czasie rzeczywistym. Wtedy dowiedzieliśmy się: zakłócenia elektromagnetyczne nie są problemem teoretycznym — to codzienna przeszkoda operacyjna związana z niezoptymalizowanym monitorowaniem stanu online GIS.

Przyjrzyjmy się bliżej, w jaki sposób EMI współdziała z typowymi parametrami monitorowania GIS. Po pierwsze, monitorowanie jakości gazu SF6: SF6 to izolujący i gaszący łuk rdzeń GIS, więc wycieki, rozkład lub wilgoć są krytycznymi wczesnymi sygnałami awarii. W naszych czujnikach SF6 pierwszej generacji zastosowano analogowe połączenia przewodowe, które wychwytywały zakłócenia elektromagnetyczne w trybie wspólnym z szyn zbiorczych podstacji. Zakłócenia elektromagnetyczne zniekształciłyby odczyty napięcia, utrudniając odróżnienie rzeczywistych produktów ubocznych rozkładu SF6 (takich jak SO2 lub H2S) od szumu elektrycznego. Później przeprojektowaliśmy te czujniki, dodając różnicowe przetwarzanie sygnału, ekranowaną skrętkę (STP) i filtr szerokości pasma dostrojony w celu wyeliminowania częstotliwości przejściowych podstacji (1 kHz–1 MHz, najczęstsze źródło szumu przełączania GIS). Wynik? W testach klienckich fałszywe odczyty SF6 spadły o 89%. Jeśli szukasz specjalnie zaprojektowanego systemu, który integruje tę funkcję łagodzenia hałasu, sprawdź naszeSystem monitorowania gazu SF6zaprojektowane wyłącznie dla środowisk GIS.

Następnie monitorowanie wyładowań niezupełnych (PD) — w tym miejscu zakłócenia EMI uderzają najbardziej, ponieważ samo wnz to niewielki sygnał elektryczny (nanoampery, pikokulomby) ukryty w szumie tła o wysokim napięciu. Kiedyś wspieraliśmy klienta w Teksasie, gdzie jego niewyspecjalizowany system monitorowania wyładowań niezupełnych przeoczył krytyczne wewnętrzne wyładowania niezupełne w polu GIS 230 kV, ponieważ czujnik nie uwzględnił stanów przejściowych prądu zwarciowego 50 kA podstacji. Usterka ostatecznie spowodowała 4-godzinną przerwę w dostawie prądu, co kosztowało przedsiębiorstwo energetyczne utracone przychody w wysokości 2 milionów dolarów. To doświadczenie skłoniło nas do zbudowania naszegoInternetowy system monitorowania wyładowań niezupełnych dla Gisktóry wykorzystuje dwie warstwy tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych: pierwszą są przetworniki prądu wysokiej częstotliwości (HFCT) z metalowym ekranem, które mocuje się bezpośrednio do uziemionej obudowy GIS w celu izolowania sygnałów wyładowań niezupełnych od szumu zewnętrznego. Po drugie, zastrzeżony algorytm, który porównuje odczyty WNZ ze znacznikiem czasu z dziennikami zdarzeń podstacji (działania wyłączników, aktywacje ograniczników przepięć) w celu odfiltrowania przejściowych skoków zakłóceń elektromagnetycznych. W kolejnych testach u klienta z Teksasu system wykrył wewnętrzne wyładowania niezupełne na 12 miesięcy przed jakąkolwiek inną oznaką awarii, przy zerowej liczbie fałszywych alarmów związanych ze zdarzeniami przełączania podstacji.

Ograniczniki przepięć to kolejny krytyczny element GIS, a ich monitorowanie (prądu różnicowego i prądu upływowego) jest również podatne na zakłócenia elektromagnetyczne. Kiedy piorun uderza w podstację, ogranicznik przepięć odwraca prąd, generując ogromne zakłócenia elektromagnetyczne, które mogą zniekształcić odczyty prądu upływowego. Widzieliśmy klientów stosujących standardowe czujniki prądu upływowego, które podczas burzy odczytały 5-krotność rzeczywistej wartości, co prowadziło do niepotrzebnej wymiany ograniczników przepięć. NaszMonitorowanie ograniczników przepięćsystem wykorzystuje cewki Rogowskiego z ekranowaniem magnetycznym do tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych o częstotliwości wyładowań atmosferycznych, w połączeniu z odporną na warunki atmosferyczne obudową, która blokuje zewnętrzne szumy RF. Jeden z klientów na Florydzie zgłosił, że podczas burzy kategorii 2 nasz system monitorowania ograniczników przepięć utrzymywał dokładność danych na poziomie 98%, podczas gdy w ogólnym systemie sąsiedniego zakładu energetycznego utrata danych wyniosła 70%. Na tym polega różnica między konstrukcją odporną na zakłócenia elektromagnetyczne a naprawami dokonywanymi po fakcie.

Teraz możesz się zastanawiać: czy istnieje sposób na całkowite wyeliminowanie wpływu zakłóceń elektromagnetycznych? Krótka odpowiedź brzmi: nie — w podstacjach zawsze będą występować zakłócenia elektryczne, ale nowoczesny system monitorowania stanu online GIS można zaprojektować tak, aby skutecznie je łagodzić. Kluczem nie jest po prostu zakup dowolnego systemu monitorowania; to wybór tego, który został zaprojektowanydla środowisk GIS, nie przystosowane do zastosowań przemysłowych lub niskonapięciowych.

Rozprawmy się z powszechnymi mitami, które słyszymy od sceptycznych zarządzających aktywami. Mit 1: „Okablowanie światłowodowe eliminuje zakłócenia elektromagnetyczne, więc powinienem po prostu zastosować światłowód zamiast ekranowanej miedzi”. Chociaż światłowód jest odporny na elektryczne zakłócenia elektromagnetyczne, może nadal wychwytywać szum optyczny ze światła otoczenia lub ciepła podstacji, a jego instalacja w zmodernizowanych systemach GIS (gdzie trzeba wiercić w metalowych obudowach). Nasi klienci, którzy korzystają z miedzi ekranowanej do komunikacji czujników i światłowodów do transmisji typu backhaul, uzyskują to, co najlepsze z obu światów: niski koszt, wysoki poziom tłumienia szumów i niezawodne dane na długich dystansach. Mit 2: „EMI wpływa tylko na systemy przewodowe, dlatego lepsze jest monitorowanie bezprzewodowe”. Systemy bezprzewodowe (takie jak LoRa lub Wi-Fi) są podatne na zakłócenia elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej pochodzące z pobliskich nadajników lub sprzętu sterującego podstacjami, a ich pakiety danych mogą zostać uszkodzone podczas zdarzeń o dużej wartości przejściowych. Przetestowaliśmy zarówno opcje bezprzewodowe, jak i przewodowe i odkryliśmy, że przewodowe systemy odporne na zakłócenia elektromagnetyczne zapewniają o 12% większą dostępność danych w środowiskach podstacji, nawet podczas szczytowych operacji przełączania.

W ciągu ostatnich pięciu lat baza naszych klientów wzrosła o 35% — głównie drogą ustną. Jedno z głównych przedsiębiorstw użyteczności publicznej w Kanadzie przeszło z trzech różnych ogólnych systemów monitorowania na nasz kompletny zestaw do monitorowania stanu GIS online i zgłosiło: „Wcześniej spędzaliśmy 10 godzin tygodniowo na sprawdzaniu fałszywych alarmów; teraz zajmuje to mniej niż godzinę i wykryliśmy usterkę GIS, która spowodowała awarię tej wiosny”. Oto prawdziwa korzyść z rozwiązania problemu zakłóceń elektromagnetycznych w monitorowaniu: otrzymujesz dokładne, przydatne dane, które pozwalają planować konserwację, a nie reagować na awarie.

Jeśli obecnie doświadczasz problemów związanych z zakłóceniami elektromagnetycznymi w monitorowaniu stanu online GIS lub chcesz dokonać aktualizacji do systemu zbudowanego dla środowisk podstacji o wysokim poziomie hałasu, z przyjemnością omówimy nasze rozwiązania. Nasz zespół inżynierów ma doświadczenie na miejscu w instalacjach GIS od 110 kV do 500 kV i możemy zapewnić niestandardowy plan ograniczenia hałasu dostosowany do układu Twojej podstacji. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz ukierunkowanego monitorowania SF6, kompleksowego wykrywania wyładowań niezupełnych, czy śledzenia ograniczników przepięć, nasze rozwiązania zostały zaprojektowane tak, aby działać nawet w środowiskach o największym natężeniu zakłóceń elektromagnetycznych. Aby dowiedzieć się więcej o naszych specjalnie zaprojektowanych systemach, w tym o naszych specjalistycznych narzędziach do monitorowania gazów SF6 i wyładowań niezupełnych, przejrzyj nasze zasoby online lub skontaktuj się z naszym zespołem sprzedaży, aby omówić Twoje konkretne potrzeby. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci przekształcić wiarygodne dane z monitorowania w wymierną poprawę wydajności sieci.

Referencje

1. IEEE Std C37.122.1-2018, „Przewodnik IEEE dotyczący podstacji z izolacją gazową (GIS) dla systemów elektroenergetycznych wysokiego napięcia”
2. Wang, Y. i in. (2021). „Ograniczenie zakłóceń elektromagnetycznych w monitorowaniu wyładowań częściowych w podstacjach GIS.” Transakcje IEEE dotyczące dostarczania energii, tom. 36, nie. 4, s. 1897-1905.
3. Grupa Robocza Międzynarodowej Rady ds. Dużych Systemów Elektrycznych (CIGRE) A3.26. (2019). „Monitorowanie stanu rozdzielnic w izolacji gazowej: najlepsze praktyki dotyczące odporności na zakłócenia elektromagnetyczne”. Broszura CIGRE 762.
4. Amerykańskie Biuro Standardów (ABS). (2022). „Wytyczne dotyczące monitorowania stanu online w podstacjach wysokiego napięcia”.