1 Introducción del producto

Este sistema monitorea integralmente los parámetros de estado de los equipos de distribución de la red de distribución y las unidades principales del anillo.

1) Monitorea descargas parciales,

2) Monitorea la temperatura, y

3) Supervisa la corriente de fuga de los cables blindados.

Este sistema utiliza tecnología de detección de descargas parciales por ondas terrestres transitorias y ultrasónicas, y es adecuado para monitoreo y alarma en tiempo real de señales de descargas parciales en unidades principales de anillo y cajas de interruptores exteriores. Presenta alta sensibilidad, fuerte rendimiento antiinterferencias y múltiples métodos de comunicación.

Este sistema implementa sensores de descarga parcial inalámbricos inteligentes de doble función (AE, TEV) junto con dispositivos de adquisición de datos para monitorear las señales de descarga parcial en el gabinete durante el funcionamiento en tiempo real. Al establecer umbrales de prueba, realizar análisis de espectro y mostrar gráficos, los usuarios pueden determinar fácilmente si el equipo tiene una descarga parcial. Basado en sus tendencias a largo plazo, puede detectar fallas potenciales antes, transformando el método de detección pasiva anterior en un “defensivo” proactivo. ” escucha. Esto hace que los productos de aparamenta sean más seguros y confiables, y también agrega nuevos aspectos tecnológicos a los productos.

El dispositivo de monitoreo en línea de descargas parciales consta principalmente de un sensor frontal inalámbrico dual ultrasónico (AE) y de onda terrestre transitoria (TEV), un dispositivo de adquisición de descargas parciales, una puerta de enlace inteligente inalámbrica y un software de sistema de análisis de descargas parciales en línea. El sensor de adquisición de señal de descarga parcial inalámbrico frontal se instala dentro del gabinete mediante atracción magnética. El sensor inteligente inalámbrico en sí tiene funciones de filtrado de señal, amplificación y conversión de analógico a digital, que pueden filtrar, reducir el ruido y amplificar la señal acoplada al sensor, adquirir la señal de descarga de onda terrestre transitoria y la señal de descarga ultrasónica acoplada por el sensor, adquirir la señal de descarga parcial a través del dispositivo receptor inalámbrico y enviarla al servidor para su procesamiento.

El dispositivo de adquisición de descargas parciales de distribución de energía (unidad principal) utiliza LORA para… El sistema se comunica con sensores de descargas parciales (PD) a través de varios métodos de comunicación. Los datos recopilados se agregan mediante informática de punta y luego se transmiten a la puerta de enlace inteligente de distribución de energía. Posee capacidades de almacenamiento de datos y computación de borde PD. El procesamiento de datos PD se traslada al borde, lo que reduce la carga de transmisión y procesamiento en el servidor, lo que permite el procesamiento local en tiempo real y mejora el tiempo de respuesta en el sitio. Incluso después de una interrupción de la red, puede continuar con el funcionamiento normal, monitoreando, almacenando y calculando datos de DP en el sitio. Una vez restaurada la red, los datos almacenados en caché se pueden sincronizar con el servidor en la nube, lo que garantiza la integridad de la información.

Además del monitoreo de descargas parciales, este sistema también puede monitorear la temperatura de los enchufes en las unidades principales en anillo y los conectores tipo T en el tablero.

Para monitorear la temperatura del enchufe de la unidad principal en anillo, este sistema utiliza un sensor de temperatura inalámbrico pasivo alimentado por un campo eléctrico de alto voltaje. Este sensor no requiere batería incorporada, fuente de alimentación externa ni corriente conductora. Alimenta el chip mediante un campo eléctrico de 10 kV y los datos de temperatura monitorizados se transmiten de forma inalámbrica.

Conector tipo T en el tablero, este sistema utiliza un sensor de temperatura inalámbrico pasivo alimentado por detección de corriente. Este sensor no requiere una batería incorporada ni una fuente de alimentación externa. Cuando la corriente del conductor es superior a 3 A, alimenta el chip detectando la corriente (corriente del conductor ≥ 3 A) y los datos de temperatura monitoreados se transmiten de forma inalámbrica.

Además del monitoreo de descargas parciales y el monitoreo de temperatura, este sistema también puede monitorear la corriente de fuga de los cables de protección de los cables de tierra de las unidades principales en anillo, gabinetes de distribución y subestaciones transformadoras.

Debido a que la corriente de protección es demasiado pequeña, es difícil monitorearla, por lo que no se pueden usar transformadores de corriente de tipo abierto; Sólo se pueden utilizar transformadores de corriente de tipo cerrado. Además, se debe adoptar un método de digitalización local, agregando un circuito de adquisición de datos compuesto por un microcontrolador, un convertidor AD y otros circuitos electrónicos al transformador de corriente para adquirir la señal de corriente débil, procesarla usando un algoritmo FFT y luego transmitirla a través de un bus de datos.

1.1 Ámbito de aplicación

Este sistema es aplicable al monitoreo de descargas parciales, monitoreo de temperatura y monitoreo de corriente de fuga de unidades principales de anillo, aparamenta, subestaciones transformadoras de parques eólicos, subestaciones transformadoras fotovoltaicas y sus equipos internos de alto voltaje a niveles de voltaje de 10 KV y superiores.

1.2 Entorno de uso

1) Altitud: Por debajo de 4500M.

2) Temperatura ambiente: -40 ℃ ~ +80 ℃.

1.3 Características del producto

1. Diseño distribuido, altamente escalable

El sistema supervisa la disposición en red de los terminales. Al agregar o quitar terminales en el diseño existente, el sistema los identifica y configura automáticamente sin ninguna configuración adicional.

• Monitoreo en tiempo real

El sistema registra datos en tiempo real de cada nodo de monitoreo y el ciclo de monitoreo se puede configurar de manera flexible.

• Advertencia oportuna

Cuando un nodo detecta un volumen local anormal, lo informará rápidamente al servidor de monitoreo. El software del servidor registrará la información necesaria y emitirá una alarma.

• Resistencia al impacto

Puede soportar un impacto de descarga eléctrica de 600 KV sin dañar el equipo terminal ni perder datos.

• Anti-interferencia

Posee tecnología de análisis de señales en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia, que puede separar eficazmente las señales de interferencia y las señales de descarga parcial, y evitar eficazmente la interferencia en el extremo de la fuente de alimentación del instrumento.

• Transmisión estable

Con la ayuda de una potente red móvil, los datos se pueden transmitir directamente al servidor, con un rendimiento de transmisión confiable y una baja latencia de red.

• Buena seguridad de acceso

La conexión del sistema no afecta el rendimiento de sellado y aislamiento del tablero, ni afecta la operación segura del equipo.

9) Clasificación EMC

Inmunidad a descargas electrostáticas: Nivel 4

Transitorios eléctricos rápidos/inmunidad masiva: nivel 4; Inmunidad contra sobretensiones (impulsos): nivel 4

Inmunidad al campo magnético de frecuencia industrial: Nivel 5

2 Principio de medición y composición del hardware.

2.1 Principio de medición de descargas parciales

Cuando las aparamentas de alto voltaje y sus equipos internos de alto voltaje (como PT, CT, barras colectoras, uniones de cables, etc.) experimentan una descarga parcial debido a fallas de aislamiento, el proceso de descarga parcial a menudo va acompañado de fenómenos físicos o químicos y los procesos correspondientes, como corriente de pulso, ondas electromagnéticas, ultrasonido, luz, ozono y calor. Cuando realizamos pruebas, la ecografía y la TEV son los principales indicadores de detección.

Las técnicas de monitoreo de descargas parciales incluyen métodos ultrasónicos y métodos TEV.

1. El método ultrasónico utiliza un sensor ultrasónico para recibir la señal ultrasónica emitida por la descarga parcial (PD) como base para la detección de PD. La banda de frecuencia de detección suele ser de 20 kHz a 100 kHz. La mayor ventaja del método ultrasónico es que utiliza ultrasonido como señal de monitoreo, evitando diversas interferencias electromagnéticas en el sitio de monitoreo de DP, ganando así una aplicación generalizada. La detección ultrasónica se originó en la década de 1940, pero no fue adoptada ampliamente debido a la baja sensibilidad del sensor. Con los avances en la tecnología de emisión acústica, la sensibilidad de los transductores ultrasónicos ha mejorado significativamente y, gracias al rápido desarrollo de los circuitos integrados y la tecnología de procesamiento de señales, el método ultrasónico ha recuperado popularidad. Actualmente, el método ultrasónico se ha convertido en un método importante para la detección de la EP.
   1. El método TEV es un novedoso método de detección de descargas parciales, cada vez más utilizado en aparamentas de alta tensión. Cuando se produce una descarga parcial en un armario de distribución, las ondas electromagnéticas generadas se propagan hacia afuera desde el punto de descarga. Debido a que la estructura metálica del gabinete de distribución no es continua, no puede proteger completamente las ondas electromagnéticas. Estas ondas se propagan a través de espacios en el gabinete del tablero, terminaciones de aislamiento de cables y otras partes metálicas discontinuas hacia el exterior de la carcasa de blindaje metálico del tablero. Cuando las ondas electromagnéticas alcanzan la superficie exterior de la carcasa metálica, se genera un breve voltaje a tierra, llamado voltaje transitorio a tierra. El tiempo de aumento de la tensión transitoria de tierra es de sólo unos pocos nanosegundos y desaparece rápidamente. En aplicaciones prácticas, el sensor TEV se coloca en la pared interior del gabinete de distribución, con un rango de frecuencia de detección de 3MHz a 100MHz. El método TEV tiene una alta sensibilidad a las descargas internas.

El sistema adopta un enfoque de diseño modular, utilizando sensores de onda terrestre y sensores ultrasónicos para detectar fallas dentro del cuerpo del interruptor.

El sistema detecta señales transitorias de ondas terrestres y señales ultrasónicas. Las señales analógicas de las ondas terrestres transitorias y las señales ultrasónicas son filtradas, amplificadas y convertidas de analógicas a digitales mediante el circuito de detección. Después del filtrado digital de alto orden, el procesador transmite las señales a la unidad de retransmisión de datos inalámbrica a través de una señal inalámbrica y luego se transmite al backend a través de varias interfaces de comunicación.

Cada conjunto de datos de descarga parcial recopilados por la unidad está etiquetado con los parámetros de tiempo correspondientes en función de si se ingresa una señal de marca de tiempo o una señal de fase. Después del procesamiento mediante el algoritmo, los datos primero se almacenan localmente y luego se envían al servidor de acuerdo con las instrucciones del software del lado del servidor. Esto garantiza la naturaleza sistemática de los datos, no pierde señales características como señales de descarga parcial y no causa congestión en las comunicaciones.

La unidad calcula los valores pico y efectivo de la señal de descarga parcial para cada ciclo de medición establecido por el sistema, agrega una marca de tiempo y la transmite al software del servidor.

I. Pruebas ultrasónicas

Basados ​​en el principio de emisión acústica (AE), los sensores ultrasónicos se utilizan para recopilar señales ultrasónicas emitidas durante una descarga parcial de equipos eléctricos. Las ondas sonoras generadas por los equipos eléctricos durante la descarga tienen un amplio espectro de frecuencias, que oscila entre decenas de Hz. Las señales con frecuencias de hasta unos pocos MHz y por debajo de 20 kHz pueden ser escuchadas por el oído humano, mientras que las señales ultrasónicas con frecuencias superiores sólo pueden ser captadas por sensores ultrasónicos. Al detectar la amplitud, fase, frecuencia, ruido, etc. de la señal de sonido, así como su relación con el voltaje de operación (aplicado), en función de la relación entre la energía liberada por la descarga y la energía del sonido, se puede reflejar de manera efectiva el grado y la ubicación de los defectos de aislamiento en equipos eléctricos como los interruptores.

El principio de las pruebas ultrasónicas se muestra en la Figura 2.1.

Imagen 2.1 Principio de detección ultrasónica (AE)

II. Detección de ondas terrestres transitorias

El monitoreo de descargas parciales de ondas terrestres transitorias se basa en el rango de frecuencia de 3-100MHz, que rara vez es emitido por equipos de energía normales. Los hechos básicos de las señales electromagnéticas transitorias. Cuando se produce una descarga parcial dentro de un equipo de conmutación, se generan ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas sólo pueden propagarse a través de los canales entre las carcasas metálicas del armario de distribución. Estos canales pueden ser espacios, juntas u otros componentes aislantes entre las carcasas metálicas. Cuando las ondas electromagnéticas. (TEV) se genera simultáneamente en la carcasa metálica del armario de distribución, que puede medirse mediante un sensor colocado en la carcasa metálica.

El principio de detección de ondas terrestres transitorias se muestra en la Figura 2.2.

Imagen 2.2 Diagrama principal de detección de ondas de tierra transitorias (TEV)

2.2 Principio de medición de temperatura

I. Principio de extracción de energía por inducción de campo eléctrico de alto voltaje

Figura 2.3 Diagrama esquemático del principio de extracción de energía espacial del campo eléctrico

Este sensor funciona mediante inducción de campo eléctrico de alto voltaje. Este método de extracción de energía difiere del método de extracción de energía del CT con detección de corriente. Los CT con detección de corriente requieren corriente en la línea de extracción de energía; si no hay corriente o la corriente es demasiado baja, no se puede extraer energía y el equipo no puede funcionar. La extracción de energía por inducción de campo eléctrico de alto voltaje no requiere corriente; sólo se necesita un alto voltaje. Su principio de funcionamiento se muestra en la Figura 2.3.

II. Principio de extracción de energía de inducción actual

El dispositivo de recolección de energía por inducción de corriente consta de dos partes: un transformador de recolección de energía y un módulo de energía de recolección de energía. Su principio de funcionamiento se muestra en la Figura 2.4.

Figura 2.4 Diagrama esquemático del principio de extracción de energía por inducción actual

Este dispositivo obtiene energía eléctrica de la línea de transmisión a través de un transformador de recolección de energía y luego la ingresa al módulo de potencia de recolección de energía. El módulo de potencia de recolección de energía rectifica y filtra la energía y logra una salida aislada y regulada. El módulo de potencia de recolección de energía contiene un circuito de protección y regulación de extracción de energía, que puede ajustar y limitar la entrada de energía eléctrica al módulo en tiempo real, absorber grandes corrientes instantáneas y garantizar que el módulo aún pueda generar un voltaje estable cuando la corriente en la línea de transmisión es inestable.

2.3 Principio de medición de la corriente de fuga

Debido a que la corriente de protección es demasiado pequeña, es difícil monitorearla, por lo que no se pueden usar transformadores de corriente de tipo abierto; Sólo se pueden utilizar transformadores de corriente de tipo cerrado. Además, se debe adoptar un método de digitalización local, agregando un circuito de adquisición de datos compuesto por un microcontrolador, un convertidor AD y otros circuitos electrónicos al transformador de corriente para adquirir la señal de corriente débil, procesarla usando un algoritmo FFT y luego transmitirla a través de un bus de datos.

3 componentes de hardware

3.1 Dispositivo de adquisición de descargas parciales

I. Funciones básicas del dispositivo de adquisición de descargas parciales

1. Tiene la función de guardar y exportar datos de detección.
2. Tiene una función de autoprueba y la capacidad de cargar la señal de autoprueba a la unidad terminal de monitoreo.
3. La interfaz de carga con la puerta de enlace inteligente admite conexión inalámbrica o RS485. Interfaz, soporta Modbus. El protocolo de comunicación puede cargar señales de alarma, como datos de monitoreo, anomalías de descargas parciales y diagramas de espectro, a la unidad terminal de monitoreo de acuerdo con protocolos estándar.
4. El diseño del cuerpo totalmente de aluminio mejora eficazmente el rendimiento de disipación de calor.
5. El bloque de terminales de fuente de alimentación de CC opcional se puede conectar a un cable flexible multifilar de 1 mm².
6. El producto funciona de manera estable y tiene una vida útil de no menos de 10 años en condiciones normales.
7. montaje en riel y montaje en pared, para adaptarse a diferentes entornos de aplicación.

II. Parámetros técnicos del dispositivo de adquisición de descargas parciales

1) Tensión de alimentación: CA/CC 85-265 V, 50 Hz/60 Hz o CC 24 ～ 48 V ± 20 %, potencia < 9 W.

2) Entorno de trabajo: Temperatura: -40 ℃ ~85 ℃; Humedad: ≤99%.

• Grado de protección: IP65.
• Método de comunicación del sensor: LoRa inalámbrico Adquiere información ultrasónica/radio terrestre transitoria;
• Interfaces de comunicación: Incluye RS485, Ethernet y USB. Interfaces de comunicación, etc.
• Dimensiones externas: 153 mm × 147 mm × 42 mm

Sensor inteligente 2 en 1

I. Descripción general

Los sensores de descarga parcial se clasifican en sensores ultrasónicos, sensores de tensión de tierra transitorios y sensores combinados de tensión de tierra transitoria/ultrasónica, configurados de acuerdo con las necesidades de ingeniería reales.

1. Uso de TEV y AE El principio de detección implica la adquisición y el procesamiento en tiempo real de señales transitorias de descarga parcial de ondas terrestres y señales ultrasónicas.
2. Método de comunicación: LoRa inalámbrico.
3. El nivel de protección alcanza IP65.
4. El sensor utiliza un accesorio magnético, lo que permite montarlo y fijarlo en varios gabinetes. La superficie del sensor se adhiere completamente a la superficie del gabinete que se está midiendo. El sensor tiene dientes antideslizantes para evitar que se mueva después de la instalación. El sensor debe ser de tamaño pequeño para minimizar el espacio ocupado dentro del gabinete después de la instalación.
5. El producto funciona de manera estable y tiene una vida útil de no menos de 10 años en condiciones normales.

Sensor inalámbrico de modo dual de voltaje a tierra ultrasónico/transitorio

II. Parámetros técnicos del sensor electromagnético ultrasónico/onda eléctrica terrestre

1.  Resistencia a la temperatura y la humedad: 40 ℃ ± 2 ℃ y 90% RH ± 3% RH, 24 h; Temperatura ambiente de funcionamiento: -40 ℃ ~85 ℃; Humedad: ≤99%.
2. Ancho de banda de frecuencia: onda terrestre 3MHz-100MHz; ultrasonido 20kHz-500kHz.
3. Fuente de alimentación: 3,7 V, batería integrada;
4. Sensibilidad: ≥ 40dB.
5. Error de linealidad: ≤ 20%.
6. Rango de medición: 0 ~ 60dB.
7. Resolución: 0,1dB.

3.2 Sensor de temperatura pasivo inalámbrico

I. Sensor de temperatura alimentado por detección de voltaje.

Este sensor de temperatura utiliza el principio de inducción de voltaje para obtener energía. Está integrado en el tapón aislante del accesorio de la unidad principal del anillo y está en contacto directo y cercano con el punto de calentamiento, por lo que puede reflejar con precisión la temperatura del punto de calentamiento.

Parámetros del sensor de temperatura
Rango de medición de temperatura	-30 ℃ ~ 135 ℃
Precisión de medición de temperatura	± (Lectura estándar×1% + 1℃)
Resolución	0．1℃
Tamaño del sensor	Integrado en un enchufe aislante
Fuente de alimentación	Energía inductiva, no requiere batería, CT
Ciclo de medición	Tiempo de encendido inicial inferior a 20 minutos, ciclo de medición inferior a 3 minutos
Estándar RF	2,4 GHz
Distancia de transmisión:	100M (entorno abierto)
Impulso de alto voltaje	15 kV ± 10 veces
Tensión soportada	15 kV/3 min, normal
Descarga parcial	15 kV, menos de 10 unidades

II. Sensor de temperatura para generación de energía en tomografía computarizada suave

Parámetros del sensor de temperatura de alimentación para CT suave
Rango de medición de temperatura	-20 ℃ ~ 125 ℃
Precisión de la medición de temperatura	± (lectura estándar × 1% + 1℃)
Resolución	0,1 ℃
Método de suministro de energía	La energía se obtiene de la detección de corriente, lo que elimina la necesidad de baterías.
Corriente mínima de funcionamiento	3A
Estándares de radiofrecuencia	2,4 GHz

3.3 Sensor de corriente digital

• Rango de medición del sensor de corriente digital DCT-100: 1 mA ~ 2000 mA
• Precisión: ± (1% valor estándar + 0,1 mA)

4 fotos de equipos

4.1 Transformador de energía eólica

Conector en forma de T, cable de conexión a tierra, sensor de corriente digital

Equipo interno del transformador de energía eólica.

4.2 Unidad principal del anillo

Unidad principal de Ring: antes y después de instalar tapones aislantes sensores de temperatura

Unidad principal del anillo: después de instalar el tapón aislante sensor de temperatura y la cubierta trasera

4.3 armario de distribución

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