Utječu li elektromagnetske smetnje na online praćenje stanja GIS-a?

Ako ste operater električne mreže ili GIS (plinom izolirana sklopna oprema) upravitelj imovine, vjerojatno ste se oslanjali na mrežno praćenje stanja kako bi kritična oprema pouzdano radila. Godinama isporučujemo specijalizirana GIS rješenja za online praćenje stanja, a jedno se pitanje pojavljuje češće nego bilo koje drugo:Je li GIS mrežno praćenje stanja pod utjecajem elektromagnetskih smetnji (EMI)?To je opravdana zabrinutost—GIS radi u visokonaponskim okruženjima s visokom strujom gdje je EMI sveprisutan, a podaci iz sustava za nadzor su spas za prediktivno održavanje. Razložimo ovo, utemeljimo to u izazovima iz stvarnog svijeta i objasnimo kako naša rješenja rješavaju ovaj problem.

Prvo, postavimo scenu: GIS je kompaktan, učinkovit i sada je sveprisutan u podstanicama, ali njegov zatvoreni, metalni dizajn ne eliminira EMI – on ga oblikuje. Svaki put kada se aktivira prekidač, aktivira odvodnik prenapona ili prekine struja kvara, generiraju se prolazni elektromagnetski impulsi (EMP) koji se mreškaju kroz trafostanicu. Ovi impulsi mogu procuriti ili se spojiti u susjedne kabele, senzore i uređaje za nadzor koji čine GIS online nadzor stanja. Rizik nije samo manja buka; propustio je rane znakove kvara (poput djelomičnog pražnjenja) ili lažne dojave koje troše resurse za održavanje.

Tijekom prošlog desetljeća radili smo s više od 20 klijenata komunalnih poduzeća diljem Sjeverne Amerike i Europe, a naši timovi na licu mjesta iz prve su ruke dokumentirali probleme praćenja vezane uz EMI. Rane instalacije osnovnih nadzornih sustava (standardni senzori ožičeni duž energetskih kabela) redovito su imale 15–20% lažno pozitivnih upozorenja o djelomičnom pražnjenju u naše prve tri godine poslovanja. Jedan klijent sa srednjeg zapada prijavio je skok vlage u svom SF6 plinu za 30 ppm svaki put kad bi se transformator u blizini uključio, prisiljavajući operatere da ručno potvrđuju očitanja umjesto da vjeruju podacima u stvarnom vremenu. Tada smo naučili: EMI nije teoretski problem — to je svakodnevna operativna prepreka za neoptimizirano GIS praćenje stanja na mreži.

Hajdemo konkretizirati kako EMI komunicira s uobičajenim parametrima GIS praćenja. Prvo, praćenje kvalitete plina SF6: SF6 je izolacijska jezgra GIS-a za gašenje luka, tako da su curenje, raspadanje ili vlaga kritični rani signali kvara. Naši SF6 senzori prve generacije koristili su analogne žičane veze koje su uhvatile EMI zajedničkog načina rada sa sabirnica trafostanice. EMI bi iskrivio očitanja napona, otežavajući razlikovanje stvarnih nusproizvoda razgradnje SF6 (poput SO2 ili H2S) od električnog šuma. Kasnije smo redizajnirali ove senzore s diferencijalnom obradom signala, oklopljenim kabelom s upredenom paricom (STP) i filtrom širine pojasa podešenim da eliminira prijelazne frekvencije trafostanica (1 kHz–1 MHz, najčešći izvor GIS smetnji pri prebacivanju). Rezultat? Lažna očitanja SF6 pala su za 89% u testiranju klijenata. Ako tražite namjenski izgrađen sustav koji integrira ovo smanjenje buke, provjerite našSustav praćenja plina Sf6dizajniran isključivo za GIS okruženja.

Zatim, nadzor djelomičnog pražnjenja (PD)—ovo je mjesto gdje EMI smetnje najteže pogađaju, jer je sam PD maleni električni signal (nanoamperi, pikokuloni) skriven u visokonaponskoj pozadinskoj buci. Jednom smo podržali klijenta u Teksasu gdje je njihov nespecijalizirani sustav za praćenje PD-a propustio kritični interni PD u 230 kV GIS polju jer senzor nije uzeo u obzir 50 kA strujne prijelazne struje kvara trafostanice. Kvar je na kraju prouzročio 4-satni prekid, što je komunalno poduzeće koštalo 2 milijuna dolara izgubljenog prihoda. To iskustvo nas je nagnalo da izgradimo našeOnline sustav za praćenje djelomičnog pražnjenja za Giskoji koristi dva sloja odbijanja EMI: prvi, visokofrekventni pretvarači struje (HFCT) s metalnom oklopom koji se pričvršćuje izravno na GIS-ovo uzemljeno kućište kako bi se izolirali PD signali od vanjske buke. Drugo, vlasnički algoritam koji uspoređuje vremenski označena PD očitanja s zapisima događaja trafostanice (radovi prekidača, aktivacije odvodnika prenapona) za filtriranje prolaznih EMI skokova. U naknadnom testiranju s tim teksaškim klijentom, sustav je otkrio interni PD 12 mjeseci prije bilo kojeg drugog znaka kvara, s nula lažnih upozorenja od događaja prebacivanja trafostanice.

Odvodnici prenapona još su jedna kritična GIS komponenta, a njihov nadzor (za zaostalu struju i struju curenja) također je osjetljiv na EMI. Kada udar groma pogodi trafostanicu, odvodnik prenapona skreće struju, generirajući masivni EMI koji može iskriviti očitanja struje curenja. Vidjeli smo kako klijenti koriste generičke senzore struje curenja koji bi očitali 5x stvarnu vrijednost tijekom oluje, što je dovelo do nepotrebnih zamjena odvodnika prenapona. NašeNadzor odvodnika prenaponasustav koristi Rogowskijeve zavojnice s magnetskom zaštitom za prigušivanje EMI-ja frekvencije munje, uparen s kućištem otpornim na vremenske uvjete koje blokira vanjski RF šum. Jedan klijent na Floridi izvijestio je da je tijekom oluje kategorije 2 naš sustav nadzora odvodnika prenapona zadržao 98% točnosti podataka, dok je generički sustav susjednog komunalnog poduzeća imao gubitak podataka od 70%. To je razlika između dizajna otpornog na EMI i naknadnih popravka.

Sada se možda pitate: postoji li način da se potpuno eliminira EMI utjecaj? Kratak odgovor je ne—trafostanice će uvijek imati električni šum, ali moderno GIS praćenje stanja na mreži može se projektirati da ga učinkovito ublaži. Ključ nije samo kupnja bilo kakvog sustava za nadzor; to je odabir jednog dizajniranogza GIS okruženja, nije prenamijenjen iz industrijskih ili niskonaponskih postavki.

Pozabavimo se uobičajenim mitovima koje čujemo od skeptičnih upravitelja imovinom. Mit 1: "Svjetlovodni kablovi eliminiraju EMI, pa bih trebao koristiti vlakna umjesto oklopljenog bakra." Iako je vlakno otporno na električni EMI, još uvijek može uhvatiti optički šum od ambijentalnog svjetla ili topline podstanice, a skuplje ga je instalirati u naknadno ugrađeni GIS (gdje morate bušiti metalna kućišta). Naši klijenti koji imaju mješoviti oklopljeni bakar za senzorsku komunikaciju i vlakna za backhaul dobivaju najbolje od oba svijeta: niske cijene, visoko odbacivanje šuma i pouzdane podatke na dugim udaljenostima. Mit 2: "EMI utječe samo na žičane sustave, tako da je bežični nadzor bolji." Bežični sustavi (kao što su LoRa ili Wi-Fi) osjetljivi su na RF EMI iz obližnjih odašiljača ili opreme za kontrolu trafostanica, a njihovi paketi podataka mogu biti oštećeni tijekom visokotranzijentnih događaja. Testirali smo i bežične i žičane opcije i otkrili da žičani sustavi otporni na EMI imaju 12% veću dostupnost podataka u okruženjima podstanica, čak i tijekom vršnih operacija prebacivanja.

Tijekom proteklih pet godina naša baza klijenata porasla je za 35%—uglavnom od usta do usta. Jedno veliko komunalno poduzeće u Kanadi prebacilo se s tri različita generička sustava nadzora na naš potpuni GIS paket za mrežno praćenje stanja i izvijestilo: "Prije smo trošili 10 sati tjedno na provjeru lažnih upozorenja; sada je to manje od 1 sata i uhvatili smo GIS kvar koji bi prouzročio prekid rada ovog proljeća." To je prava isplativost rješavanja problema EMI-ja u praćenju: dobivate točne, djelotvorne podatke koji vam omogućuju planiranje održavanja, a ne reagiranje na kvarove.

Ako trenutačno imate problema povezanih s EMI-jem s vašim GIS praćenjem stanja na mreži ili želite nadogradnju na sustav izgrađen za visokošumna okruženja trafostanica, rado ćemo proći kroz naša rješenja. Naš inženjerski tim ima iskustvo na licu mjesta s GIS instalacijama od 110 kV do 500 kV i možemo ponuditi prilagođeni plan za smanjenje buke prilagođen rasporedu vaše trafostanice. Bilo da trebate ciljano praćenje SF6, sveobuhvatno detektiranje PD-a ili praćenje odvodnika prenapona, naša su rješenja dizajnirana za izvedbu čak iu okruženjima s najvećim EMI-jem. Kako biste saznali više o našim namjenskim sustavima, uključujući naše specijalizirane alate za nadzor SF6 plina i djelomičnog pražnjenja, pregledajte naše mrežne resurse ili se obratite našem prodajnom timu kako biste razgovarali o svojim specifičnim potrebama. Ovdje smo da vam pomognemo pretvoriti pouzdane podatke praćenja u opipljiva poboljšanja performansi mreže.

Reference

1. IEEE Std C37.122.1-2018, “IEEE Vodič za podstanice izolirane plinom (GIS) za visokonaponske elektroenergetske sustave”
2. Wang, Y. i sur. (2021). “Ublažavanje elektromagnetskih smetnji za praćenje djelomičnog pražnjenja u GIS podstanicama.” IEEE Transactions on Power Delivery, sv. 36, br. 4, str. 1897-1905.
3. Radna skupina Međunarodnog vijeća za velike električne sustave (CIGRE) A3.26. (2019). “Praćenje stanja sklopnih uređaja izoliranih plinom: Najbolje prakse za EMI otpornost.” Brošura CIGRE 762.
4. Američki ured za standarde (ABS). (2022). “Smjernice za online praćenje stanja u visokonaponskim trafostanicama.”