Влияют ли электромагнитные помехи на работу системы онлайн-мониторинга состояния ГИС?

Если вы являетесь оператором электросети или управляющим активами КРУЭ (распределительного устройства с элегазовой изоляцией), вы, вероятно, полагались на онлайн-мониторинг состояния, чтобы обеспечить надежную работу критически важного оборудования. В течение многих лет мы поставляем специализированные ГИС-решения для онлайн-мониторинга состояния, и один вопрос возникает чаще, чем любой другой:Влияет ли на онлайн-мониторинг состояния ГИС электромагнитные помехи (EMI)?Это серьезная проблема: ГИС работает в средах с высоким напряжением и сильными токами, где повсюду присутствуют электромагнитные помехи, а данные систем мониторинга являются жизненно важным для профилактического обслуживания. Давайте разберем это, рассмотрим реальные проблемы и объясним, как наши решения решают эту проблему.

Во-первых, давайте определимся: КРУЭ компактны, эффективны и теперь повсеместно используются на подстанциях, но их закрытая конструкция в металлическом корпусе не устраняет электромагнитные помехи, а формирует их. Каждый раз, когда срабатывает выключатель, срабатывает ограничитель перенапряжения или отключается ток повреждения, он генерирует переходные электромагнитные импульсы (ЭМИ), которые колеблются по подстанции. Эти импульсы могут просачиваться или передаваться в соседние кабели, датчики и устройства мониторинга, которые обеспечивают онлайн-мониторинг состояния ГИС. Риск – это не просто незначительный шум; он пропускает ранние признаки отказа (например, частичную разрядку) или ложные оповещения, которые приводят к потере ресурсов на обслуживание.

За последнее десятилетие мы работали с более чем 20 клиентами коммунальных предприятий в Северной Америке и Европе, и наши команды на местах документировали проблемы мониторинга, связанные с электромагнитными помехами, из первых рук. Первые установки базовых систем мониторинга (готовые датчики, подключенные к силовым кабелям) регулярно давали 15–20% ложноположительных сигналов о частичном разряде в течение первых трех лет нашей деятельности. Один клиент со Среднего Запада сообщил, что уровень влажности элегазового газа увеличивается на 30 частей на миллион каждый раз, когда включается ближайший трансформатор, что вынуждает операторов вручную проверять показания вместо того, чтобы доверять данным в реальном времени. Именно тогда мы поняли: электромагнитные помехи — это не теоретическая проблема, а ежедневное оперативное препятствие для неоптимизированного онлайн-мониторинга состояния ГИС.

Давайте уточним, как EMI взаимодействует с общими параметрами ГИС-мониторинга. Во-первых, контроль качества газа SF6: SF6 является изолирующим и дугогасительным сердечником КРУЭ, поэтому утечки, разложение или влага являются важными сигналами раннего отказа. В наших датчиках SF6 первого поколения использовались аналоговые проводные соединения, которые улавливали синфазные электромагнитные помехи от шин подстанции. Электромагнитные помехи могут исказить показания напряжения, из-за чего будет трудно отличить реальные побочные продукты разложения SF6 (такие как SO2 или H2S) от электрических помех. Позже мы модернизировали эти датчики, добавив дифференциальную обработку сигнала, экранированную витую пару (STP) и фильтр полосы пропускания, настроенный на устранение переходных частот подстанции (1 кГц–1 МГц, наиболее распространенный источник коммутационного шума КРУЭ). Результат? В ходе клиентского тестирования количество ложных показаний SF6 снизилось на 89%. Если вы ищете специально созданную систему, включающую в себя подавление шума, ознакомьтесь с нашимСистема мониторинга газа Sf6разработан исключительно для среды ГИС.

Далее, мониторинг частичного разряда (ЧР) — здесь сильнее всего влияют электромагнитные помехи, поскольку ЧР сам по себе представляет собой крошечный электрический сигнал (наноамперы, пикокулоны), скрытый в фоновом шуме высокого напряжения. Однажды мы обслуживали клиента в Техасе, где его неспециализированная система мониторинга частичного разряда пропустила критическое внутреннее частичное разряд в ячейке КРУЭ на 230 кВ, поскольку датчик не учитывал переходные процессы тока повреждения 50 кА на подстанции. В конечном итоге неисправность привела к 4-часовому отключению электроэнергии, что обошлось коммунальному предприятию в 2 миллиона долларов упущенной выгоды. Этот опыт побудил нас создать нашуОнлайн-система мониторинга частичных разрядов для ГИСв котором используются два уровня подавления электромагнитных помех: во-первых, высокочастотные преобразователи тока (HFCT) с металлическим экраном, которые крепятся непосредственно к заземленному корпусу КРУЭ для изоляции сигналов частичного разряда от внешнего шума. Во-вторых, запатентованный алгоритм, который сопоставляет показания ЧР с отметкой времени с журналами событий подстанции (срабатывание выключателя, срабатывание ограничителя перенапряжения) для фильтрации переходных пиков электромагнитных помех. При последующем тестировании с этим техасским клиентом система обнаружила внутренние частичные неисправности за 12 месяцев до появления любых других признаков сбоя, при этом не было ложных предупреждений о событиях переключения подстанции.

Ограничители перенапряжения являются еще одним важным компонентом КРУЭ, и их мониторинг (остаточного тока и тока утечки) также уязвим к электромагнитным помехам. Когда удар молнии попадает в подстанцию, ограничитель перенапряжения отклоняет ток, создавая сильные электромагнитные помехи, которые могут исказить показания тока утечки. Мы видели, как клиенты использовали стандартные датчики тока утечки, которые во время грозы показывали в 5 раз большее фактическое значение, что приводило к ненужной замене ограничителя перенапряжения. НашМониторинг ограничителя перенапряженияВ системе используются катушки Роговского с магнитным экранированием для ослабления электромагнитных помех грозовой частоты в сочетании с атмосферостойким корпусом, который блокирует внешние радиочастотные шумы. Один клиент во Флориде сообщил, что во время урагана категории 2 наша система мониторинга ограничителей перенапряжения поддерживала точность данных на 98 %, в то время как общая система соседнего коммунального предприятия имела потерю 70 % данных. В этом разница между конструкцией, устойчивой к электромагнитным помехам, и исправлениями постфактум.

Теперь вам может быть интересно: есть ли способ полностью устранить влияние электромагнитных помех? Короткий ответ: нет: на подстанциях всегда будет электрический шум, но современный ГИС-мониторинг онлайн-состояния может быть разработан для эффективного его снижения. Ключевым моментом является не просто покупка какой-либо системы мониторинга; это выбор одного разработанногодля ГИС-сред, не перепрофилированный из промышленных или низковольтных установок.

Давайте разберемся с распространенными мифами, которые мы слышим от скептически настроенных управляющих активами. Миф 1: «Оптико-оптический кабель устраняет электромагнитные помехи, поэтому мне следует использовать оптоволокно вместо экранированной меди». Хотя волокно невосприимчиво к электрическим электромагнитным помехам, оно все же может улавливать оптические шумы от окружающего света или тепла подстанции, и его установка в модернизированных КРУЭ обходится дороже (где вам придется сверлить металлические корпуса). Наши клиенты, использующие экранированную медь для связи с датчиками и оптоволокно для транзитной связи, получают лучшее из обоих миров: низкую стоимость, высокое подавление помех и надежные данные на больших расстояниях. Миф 2: «ЭМП влияют только на проводные системы, поэтому беспроводной мониторинг лучше». Беспроводные системы (такие как LoRa или Wi-Fi) чувствительны к радиочастотным электромагнитным помехам от близлежащих передатчиков или оборудования управления подстанцией, а их пакеты данных могут быть повреждены во время интенсивных переходных процессов. Мы протестировали как беспроводные, так и проводные варианты и обнаружили, что проводные системы с защитой от электромагнитных помех имеют на 12% более высокую доступность данных в средах подстанций, даже во время пиковых коммутационных операций.

За последние пять лет наша клиентская база выросла на 35% — в основном за счет сарафанного радио. Одна крупная коммунальная компания в Канаде перешла с трех различных типовых систем мониторинга на наш полный пакет ГИС-онлайн-мониторинга состояния и сообщила: «Раньше мы тратили 10 часов в неделю на проверку ложных предупреждений; теперь это менее 1 часа, и мы обнаружили дефект ГИС, который мог бы вызвать сбой этой весной». Это реальная выгода от решения проблемы EMI при мониторинге: вы получаете точные, полезные данные, которые позволяют планировать техническое обслуживание, а не реагировать на сбои.

Если в настоящее время вы испытываете проблемы, связанные с электромагнитными помехами, при онлайн-мониторинге состояния вашей ГИС или хотите перейти на систему, созданную для работы на подстанциях с высоким уровнем шума, мы будем рады рассмотреть наши решения. Наша команда инженеров имеет опыт работы на объекте с установками КРУЭ напряжением от 110 до 500 кВ, и мы можем предоставить индивидуальный план снижения шума, адаптированный к планировке вашей подстанции. Если вам нужен целенаправленный мониторинг элегазового газа, комплексное обнаружение частичных разрядов или отслеживание разрядников, наши решения разработаны для работы даже в самых тяжелых условиях электромагнитных помех. Чтобы узнать больше о наших специально созданных системах, включая наши специализированные инструменты мониторинга газа SF6 и частичных разрядов, просмотрите наши онлайн-ресурсы или обратитесь к нашему отделу продаж, чтобы обсудить ваши конкретные потребности. Мы здесь, чтобы помочь вам превратить надежные данные мониторинга в ощутимое улучшение производительности сети.

Ссылки

1. IEEE Std C37.122.1-2018, «Руководство IEEE для подстанций с элегазовой изоляцией (КРУЭ) для высоковольтных энергетических систем»
2. Ван Ю. и др. (2021). «Снижение электромагнитных помех для мониторинга частичных разрядов на подстанциях КРУЭ». Транзакции IEEE по доставке электроэнергии, том. 36, нет. 4, стр. 1897-1905.
3. Рабочая группа Международного совета по большим электрическим системам (СИГРЭ) A3.26. (2019). «Мониторинг состояния распределительных устройств с элегазовой изоляцией: передовой опыт обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам». Брошюра СИГРЭ 762.
4. Американское бюро стандартов (ABS). (2022). «Методические указания по онлайн-мониторингу состояния высоковольтных подстанций».