Dispositivo integrado de monitoramento on-line para temperatura de descarga parcial e corrente de fuga da unidade principal do anel de manobra de distribuição

Dispositivo integrado de monitoramento on-line para temperatura de descarga parcial e corrente de fuga da unidade principal do anel de manobra de distribuição

1 Introdução ao Produto

Este sistema monitora de forma abrangente os parâmetros de status dos comutadores da rede de distribuição e das unidades principais em anel.

1) Monitora descarga parcial,

2) Monitora a temperatura e

3) Monitora a corrente de fuga dos fios blindados.

Este sistema usa tecnologia de detecção de descarga parcial de ondas terrestres ultrassônicas e transitórias e é adequado para monitoramento e alarme em tempo real de sinais de descarga parcial em unidades principais de anel e caixas de distribuição externas. Possui alta sensibilidade, forte desempenho anti-interferência e vários métodos de comunicação.

Este sistema implanta sensores inteligentes de descarga parcial sem fio de função dupla (AE, TEV) em conjunto com dispositivos de aquisição de dados para monitorar sinais de descarga parcial no gabinete durante a operação em tempo real. Ao definir limites de teste, realizar análises de espectro e exibir gráficos, os usuários podem determinar facilmente se o equipamento possui descarga parcial. Com base em suas tendências de longo prazo, ele pode detectar falhas potenciais mais cedo, transformando o método de detecção passiva anterior em “defensivo” proativo. ” monitoramento. Isso torna os produtos de manobra mais seguros e confiáveis, além de agregar novos destaques tecnológicos aos produtos.

O dispositivo de monitoramento on-line de descarga parcial consiste principalmente em um sensor duplo sem fio ultrassônico (AE) e de onda terrestre transitória (TEV), um dispositivo de aquisição de descarga parcial, um gateway inteligente sem fio e um software de sistema de análise de descarga parcial on-line. O sensor de aquisição de sinal de descarga parcial sem fio frontal é instalado dentro do gabinete por atração magnética. O próprio sensor inteligente sem fio possui funções de filtragem de sinal, amplificação e conversão analógico-digital, que podem filtrar, reduzir o ruído e amplificar o sinal acoplado ao sensor, adquirir o sinal de descarga de onda terrestre transitória e o sinal de descarga ultrassônica acoplado pelo sensor, adquirir o sinal de descarga parcial através do dispositivo receptor sem fio e enviá-lo ao servidor para processamento.

O dispositivo de aquisição de descarga parcial de distribuição de energia (unidade principal) usa LORA para… O sistema se comunica com sensores de descarga parcial (PD) por meio de vários métodos de comunicação. Os dados coletados são agregados por meio de computação de ponta e depois transmitidos ao gateway inteligente de distribuição de energia. Possui recursos de computação de ponta PD e armazenamento de dados. O processamento de dados PD é movido para a borda, reduzindo a carga de transmissão e processamento no servidor, permitindo o processamento local em tempo real e melhorando o tempo de resposta no local. Mesmo após uma interrupção na rede, ele pode continuar a operação normal, monitorando, armazenando e computando dados PD no local. Assim que a rede for restaurada, os dados armazenados em cache podem ser sincronizados com o servidor em nuvem, garantindo a integridade das informações.

Além do monitoramento de descarga parcial, este sistema também pode monitorar a temperatura dos plugues nas unidades principais em anel e dos conectores tipo T nos quadros de distribuição.

Para monitorar a temperatura do plugue da unidade principal em anel, este sistema utiliza um sensor de temperatura sem fio passivo alimentado por um campo elétrico de alta tensão. Este sensor não requer bateria embutida, fonte de alimentação externa e corrente de condutor. Ele alimenta o chip usando um campo elétrico de 10kV e os dados de temperatura monitorados são transmitidos sem fio.

Conector tipo T no quadro, este sistema utiliza um sensor de temperatura sem fio passivo alimentado por detecção de corrente. Este sensor não requer bateria embutida ou fonte de alimentação externa. Quando a corrente do condutor está acima de 3A, ele alimenta o chip detectando a corrente (corrente do condutor ≥ 3A) e os dados de temperatura monitorados são transmitidos sem fio.

Além do monitoramento de descarga parcial e monitoramento de temperatura, este sistema também pode monitorar a corrente de fuga dos fios de aterramento da blindagem dos cabos das unidades principais em anel, gabinetes de distribuição e subestações de transformadores.

Como a corrente de blindagem é muito pequena, o monitoramento é difícil, portanto, transformadores de corrente do tipo aberto não podem ser usados; somente transformadores de corrente do tipo fechado podem ser usados. Além disso, um método de digitalização local deve ser adotado, adicionando um circuito de aquisição de dados composto por um microcontrolador, conversor AD e outros circuitos eletrônicos ao transformador de corrente para adquirir o sinal de corrente fraco, processá-lo usando um algoritmo FFT e depois transmiti-lo através de um barramento de dados.

1.1 Âmbito de aplicação

Este sistema é aplicável ao monitoramento de descarga parcial, monitoramento de temperatura e monitoramento de corrente de fuga de unidades principais de anel, quadros de distribuição, subestações transformadoras de parques eólicos, subestações transformadoras fotovoltaicas e seus equipamentos internos de alta tensão em níveis de tensão de 10KV e acima.

1.2 Ambiente de uso

1) Altitude: Abaixo de 4500M.

2) Temperatura ambiente: -40℃~+80℃.

1.3 Recursos do Produto

  1. Layout distribuído, altamente escalável

O sistema monitora o layout em rede dos terminais. Ao adicionar ou remover terminais no layout existente, o sistema os identifica e configura automaticamente sem quaisquer configurações adicionais.

  • Monitoramento em tempo real

O sistema registra dados em tempo real de cada nó de monitoramento e o ciclo de monitoramento pode ser definido de forma flexível.

  • Aviso oportuno

Quando um nó detecta um volume local anormal, ele irá reportá-lo rapidamente ao servidor de monitoramento. O software do servidor registrará as informações necessárias e emitirá um alarme.

  • Resistência ao impacto

Ele pode suportar um impacto de flashover de 600KV sem danificar o equipamento terminal ou perder dados.

  • Anti-interferência

Possui tecnologia de análise de sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência, que pode separar efetivamente sinais de interferência e sinais de descarga parcial e evitar efetivamente interferência na extremidade da fonte de alimentação do instrumento.

  • Transmissão estável

Com a ajuda de uma poderosa rede móvel, os dados podem ser transmitidos diretamente ao servidor, com desempenho de transmissão confiável e baixa latência de rede.

  • Boa segurança de acesso

A conexão do sistema não afeta o desempenho de vedação e isolamento do quadro, nem afeta a operação segura do equipamento.

9) Classificação EMC

Imunidade à descarga eletrostática: Nível 4

Imunidade Elétrica Transitória Rápida/Grande: Nível 4; Imunidade a Surto (Impulso): Nível 4

Imunidade ao campo magnético de frequência de energia: Nível 5

2 Princípio de medição e composição de hardware

2.1 Princípio de medição de descarga parcial

Quando o equipamento de manobra de alta tensão e seus equipamentos internos de alta tensão (como TP, CT, barramentos, juntas de cabos, etc.) sofrem descarga parcial devido a falhas de isolamento, o processo de descarga parcial é frequentemente acompanhado por fenômenos físicos ou químicos e processos correspondentes, como corrente de pulso, ondas eletromagnéticas, ultrassom, luz, ozônio e calor. Quando testamos, o ultrassom e o TEV são os principais indicadores de detecção.

As técnicas de monitoramento de descarga parcial incluem métodos ultrassônicos e métodos TEV.

  1. O método ultrassônico utiliza um sensor ultrassônico para receber o sinal ultrassônico emitido pela descarga parcial (PD) como base para a detecção de PD. A banda de frequência de detecção é normalmente de 20kHz a 100kHz. A maior vantagem do método ultrassônico é que ele utiliza o ultrassom como sinal de monitoramento, evitando diversas interferências eletromagnéticas no local de monitoramento da DP, ganhando ampla aplicação. A detecção ultrassônica teve origem na década de 1940, mas não foi amplamente adotada devido à baixa sensibilidade do sensor. Com os avanços na tecnologia de emissão acústica, a sensibilidade dos transdutores ultrassônicos foi significativamente melhorada e, graças ao rápido desenvolvimento de circuitos integrados e tecnologia de processamento de sinal, o método ultrassônico recuperou popularidade. Agora, o método ultrassônico tornou-se um método importante para detecção de DP.
    1. O método TEV é um novo método de detecção de descargas parciais, cada vez mais utilizado em painéis de alta tensão. Quando ocorre uma descarga parcial em um gabinete de manobra, as ondas eletromagnéticas geradas se propagam para fora do ponto de descarga. Como a estrutura metálica do gabinete de manobra não é contínua, ele não pode proteger completamente as ondas eletromagnéticas. Essas ondas se propagam através de lacunas no gabinete do painel, terminações de isolamento de cabos e outras peças metálicas descontínuas para o exterior da blindagem metálica do painel. Quando as ondas eletromagnéticas atingem a superfície externa do invólucro metálico, é gerada uma breve tensão no terra, chamada tensão transitória de terra. O tempo de subida da tensão transitória de terra é de apenas alguns nanossegundos e desaparece rapidamente. Em aplicações práticas, o sensor TEV é colocado na parede interna do gabinete do quadro, com faixa de frequência de detecção de 3 MHz a 100 MHz. O método TEV possui alta sensibilidade a descargas internas.

O sistema adota uma abordagem de projeto modular, usando sensores de ondas terrestres e sensores ultrassônicos para detectar falhas no corpo do painel.

O sistema detecta sinais transitórios de ondas terrestres e sinais ultrassônicos. Os sinais analógicos dos sinais de ondas terrestres transitórias e dos sinais ultrassônicos são filtrados, amplificados e convertidos de analógico para digital pelo circuito de detecção. Após a filtragem digital de alta ordem, os sinais são transmitidos pelo processador para a unidade de retransmissão de dados sem fio por meio de sinal sem fio e, em seguida, transmitidos para o back-end por meio de várias interfaces de comunicação.

Cada conjunto de dados de descarga parcial coletados pela unidade é rotulado com parâmetros de tempo correspondentes com base na entrada de um sinal de carimbo de data/hora ou de fase. Após o processamento pelo algoritmo, os dados são primeiro armazenados localmente e depois enviados ao servidor de acordo com as instruções do software do lado do servidor. Isto garante a natureza sistemática dos dados, não perde sinais característicos, como sinais de descarga parcial, e não causa congestionamento na comunicação.

A unidade calcula os valores de pico e efetivos do sinal de descarga parcial para cada ciclo de medição definido pelo sistema, adiciona um carimbo de data/hora e o transmite ao software do servidor.

I. Teste ultrassônico

Com base no princípio da emissão acústica (AE), sensores ultrassônicos são utilizados para coletar sinais ultrassônicos emitidos durante a descarga parcial de equipamentos elétricos. As ondas sonoras geradas por equipamentos elétricos durante a descarga possuem um amplo espectro de frequência, variando de dezenas de Hz. Sinais com frequências de até alguns MHz e abaixo de 20 kHz podem ser ouvidos pelo ouvido humano, enquanto sinais ultrassônicos com frequências superiores a essa só podem ser recebidos por sensores ultrassônicos. Ao detectar a amplitude, fase, frequência, ruído, etc. do sinal sonoro, bem como sua relação com a tensão operacional (aplicada), com base na relação entre a energia liberada pela descarga e a energia sonora, o grau e localização de defeitos de isolamento em equipamentos elétricos, como quadros de distribuição, podem ser efetivamente refletidos.

O princípio do teste ultrassônico é mostrado na Figura 2.1.

Figura 2.1 Princípio de Detecção Ultrassônica (AE)

II. Detecção de ondas terrestres transitórias

O monitoramento de descarga parcial de ondas terrestres transitórias é baseado na faixa de frequência de 3-100 MHz, que raramente é emitida por equipamentos de energia normais. Os fatos básicos dos sinais eletromagnéticos transitórios. Quando ocorre uma descarga parcial dentro do equipamento de comutação, são geradas ondas eletromagnéticas. Estas ondas eletromagnéticas só podem se propagar através dos canais entre as caixas metálicas do quadro elétrico. Esses canais podem ser lacunas, juntas ou outros componentes isolantes entre os invólucros metálicos. Quando ondas eletromagnéticas. (TEV) é gerado simultaneamente no invólucro metálico do gabinete de distribuição, que pode ser medido por um sensor colocado no invólucro metálico.

O princípio da detecção de ondas terrestres transitórias é mostrado na Figura 2.2.

Figura 2.2 Diagrama Principal de Detecção de Ondas Terrestres Transientes (TEV)

2.2 Princípio de medição de temperatura

I. Princípio de extração de energia por indução de campo elétrico de alta tensão

Figura 2.3 Diagrama esquemático do princípio de extração de energia espacial do campo elétrico

Este sensor é alimentado por indução de campo elétrico de alta tensão. Este método de extração de energia difere do método de extração de energia do TC com detecção de corrente. Os TCs com detecção de corrente requerem corrente na linha de extração de energia; se não houver corrente ou se a corrente for muito baixa, a energia não poderá ser extraída e o equipamento não poderá operar. A extração de energia por indução de campo elétrico de alta tensão não requer corrente; apenas uma alta tensão é necessária. Seu princípio de funcionamento é mostrado na Figura 2.3.

II. Princípio atual de extração de energia por indução

O dispositivo de coleta de energia por indução de corrente consiste em duas partes: um transformador de coleta de energia e um módulo de coleta de energia. Seu princípio de funcionamento é mostrado na Figura 2.4.

Figura 2.4 Diagrama esquemático do princípio de extração de energia por indução de corrente

Este dispositivo obtém energia elétrica da linha de transmissão por meio de um transformador de coleta de energia e, em seguida, a insere no módulo de potência de coleta de energia. O módulo de captação de energia retifica e filtra a energia e obtém uma saída isolada e regulada. O módulo de coleta de energia contém um circuito de regulação e proteção de extração de energia, que pode ajustar e limitar a entrada de energia elétrica para o módulo em tempo real, absorver grandes correntes instantâneas e garantir que o módulo ainda possa produzir uma tensão estável quando a corrente na linha de transmissão estiver instável.

2.3 Princípio de medição de corrente de fuga

Como a corrente de blindagem é muito pequena, o monitoramento é difícil, portanto, transformadores de corrente do tipo aberto não podem ser usados; somente transformadores de corrente do tipo fechado podem ser usados. Além disso, um método de digitalização local deve ser adotado, adicionando um circuito de aquisição de dados composto por um microcontrolador, conversor AD e outros circuitos eletrônicos ao transformador de corrente para adquirir o sinal de corrente fraco, processá-lo usando um algoritmo FFT e depois transmiti-lo através de um barramento de dados.

3 componentes de hardware

3.1 Dispositivo de aquisição de descarga parcial

I. Funções Básicas do Dispositivo de Aquisição de Descarga Parcial

  1. Tem a função de salvar e exportar dados de detecção.
  2. Possui uma função de autoteste e a capacidade de enviar o sinal de autoteste para a unidade terminal de monitoramento.
  3. A interface de upload com o gateway inteligente suporta wireless ou RS485. Interface, suporta Modbus. O protocolo de comunicação pode carregar sinais de alarme, como dados de monitoramento, anomalias de descarga parcial e diagramas de espectro, para a unidade terminal de monitoramento, de acordo com protocolos padrão.
  4. O design do corpo todo em alumínio melhora efetivamente o desempenho de dissipação de calor.
  5. O bloco terminal de fonte de alimentação CC opcional pode ser conectado a um fio flexível multifilar de 1 mm².
  6. O produto funciona de forma estável e tem uma vida útil não inferior a 10 anos em condições normais.
  7. montagem em trilho e montagem em parede, para atender a diferentes ambientes de aplicação.

II. Parâmetros Técnicos do Dispositivo de Aquisição de Descarga Parcial

1) Tensão de alimentação: AC/DC 85-265V, 50Hz/60Hz ou DC 24 ~ 48V ± 20%, potência <9W.

2) Ambiente de trabalho: Temperatura: -40 ℃ ~85 ℃; Umidade: ≤99%.

  • Classificação de proteção: IP65.
  • Método de comunicação do sensor: LoRa sem fio Adquirir rádio terrestre transitório / informações ultrassônicas;
  • Interfaces de comunicação: Inclui RS485, Ethernet e USB. Interfaces de comunicação, etc.
  • Dimensões externas: 153 mm × 147 mm × 42 mm

Sensor inteligente 2 em 1

I. Visão geral

Os sensores de descarga parcial são classificados em sensores ultrassônicos, sensores de tensão de aterramento transitório e sensores combinados de tensão de aterramento ultrassônico/transitório, configurados de acordo com as necessidades reais de engenharia.

  1. Usando TEV e AE O princípio de detecção envolve aquisição e processamento em tempo real de sinais de descarga parcial de ondas terrestres transitórias e sinais ultrassônicos.
  2. Método de comunicação: LoRa sem fio.
  3. O nível de proteção atinge IP65.
  4. O sensor utiliza um acessório magnético, permitindo que seja montado e fixado em vários gabinetes. A superfície do sensor adere totalmente à superfície do gabinete que está sendo medido. O sensor possui dentes antiderrapantes para evitar deslocamentos após a instalação. O sensor deve ser pequeno para minimizar o espaço ocupado dentro do gabinete após a instalação.
  5. O produto funciona de forma estável e tem uma vida útil não inferior a 10 anos em condições normais.

Sensor de modo duplo de tensão de aterramento ultrassônico/transitório sem fio

II. Parâmetros técnicos de onda elétrica terrestre / sensor eletromagnético ultrassônico

  1.  Resistência à temperatura e umidade: 40 ℃± 2 ℃ e 90% UR ± 3% UR, 24h; Temperatura ambiente operacional: -40 ℃ ~85 ℃; Umidade: ≤99%.
  2. Largura de banda de frequência: onda terrestre 3MHz-100MHz; ultrassom 20kHz-500kHz.
  3. Fonte de alimentação: 3,7V, bateria embutida;
  4. Sensibilidade: ≥ 40dB.
  5. Erro de linearidade: ≤ 20%.
  6. Faixa de medição: 0 ~ 60dB.
  7. Resolução: 0,1dB.

3.2 Sensor de temperatura passivo sem fio

I. Sensor de temperatura alimentado por detecção de tensão

Este sensor de temperatura utiliza o princípio da indução de tensão para obter energia. Ele está embutido no plugue isolante do acessório da unidade principal do anel e está em contato direto e próximo com o ponto de aquecimento, para que possa refletir com precisão a temperatura do ponto de aquecimento.

Parâmetros do sensor de temperatura
Faixa de medição de temperatura -30℃~135℃
Precisão de medição de temperatura ± (Leitura padrão×1% + 1℃)
Resolução 0．1℃
Tamanho do sensor Integrado em um plugue isolante
Fonte de energia Potência indutiva, sem necessidade de bateria, CT
Ciclo de Medição Tempo de inicialização inferior a 20 minutos, ciclo de medição inferior a 3 minutos
Padrão RF 2,4 GHz
Distância de transmissão: 100M (ambiente aberto)
Impulso de alta tensão 15kV ± 10 vezes
Suportar Tensão 15kV/3min, normal
Descarga Parcial 15kV, menos de 10pc

II. Sensor de temperatura para geração de energia em tomografia computadorizada suave

Parâmetros do sensor de temperatura de alimentação para soft CT
Faixa de medição de temperatura -20℃~125℃
Precisão de medição de temperatura ± (leitura padrão × 1% + 1℃)
Resolução 0,1℃
Método de fonte de alimentação A energia é extraída da detecção de corrente, eliminando a necessidade de baterias.
Corrente operacional mínima 3A
Padrões de radiofrequência 2,4 GHz

3.3 Sensor digital de corrente

  • Faixa de medição do sensor de corrente digital DCT-100: 1mA~2000mA
  • Precisão: ± (valor padrão de 1% + 0,1mA)

4 fotos do equipamento

4.1 Transformador de energia eólica

Conector em forma de T, fio de aterramento, sensor de corrente sensor de corrente digital

Equipamento interno do transformador de energia eólica

4.2 Unidade principal do anel

Unidade principal em anel – antes e depois da instalação de plugues isolantes com sensor de temperatura

Unidade principal em anel – depois de instalar o plugue isolante com sensor de temperatura e a tampa traseira

4.3 armário de distribuição

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