CC BY
2
4. Добрынин Е. В. Система контроля напряжения в контактной сети / Е. В. Добрынин, Т. В. Бошкарева, О. В. Табаков // Электротехника. 2020. № 3. С. 46-49.
5. Измерительные трансформаторы СЭЩ [Электронный ресурс] URL: https://www.electroshield.ru/catalog/transformatory-izmeritelnie (дата обращения: 10.05.2023).
6. Устройство сопряжения с шиной процесса ENMU. Руководство по эксплуатации [Электронный ресурс] ГКД: https://enip2.ru/documentation/re enmu.422100.001.pdf (дата обращения: 10.05.2023).
Табаков Олег Валентинович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Харитонова Татьяна Владимировна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения
THE RELEVANCE OF THE APPLICATION OF DIGITAL PROTECTIONS AT TRANSFORMER SUBSTATIONS
O.V. Tabakov, T. V. Kharitonova
The paper considers the main advantages of digital relay protection, and makes a real calculation of the costs of implementing such protection in a real traction substation.
Key words: digital relay protection, microprocessors, traction substation, costs.
Tabakov Oleg Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering,
Kharitonova Tatyana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering
УДК 621.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-382-383
ВИЗУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПОДСТАНЦИЯХ
О.В. Табаков, Т.В. Харитонова
Внедрение в систему бесконтактной диагностики видеокамер и тепловизионных камер позволит получать достоверную информацию в режиме реального времени. Использование беспроводных систем значительно упрощает процесс. В статье приводятся результаты опытов по установке видеокамер совместно с датчиками и тепловизионными камерами в целях диагностики состояния разъединителей.
Ключевые слова: диагностика, видеокамера, датчики, тепловизор, визуальный контроль.
Электрические подстанции являются важным звеном в энергетической системе, обеспечивая перенос электроэнергии от генерирующих объектов к потребителям. Для эффективной работы подстанции, необходимо правильно установить и контролировать положение коммутационных аппаратов, таких как выключатели, разъединители и контакторы.
Коммутационные аппараты являются основными элементами подстанции, предназначенными для управления электрическими цепями. Они переключают и разъединяют электрические цепи при необходимости, такой как ремонт оборудования или настройка схемы подключения. Неправильное положение коммутационных аппаратов может привести к авариям на подстанции, повреждению оборудования и даже прерыванию электроснабжения.
Один из способов контроля положения коммутационных аппаратов - это визуальный контроль. Этот метод заключается в проверке положения коммутационных аппаратов визуально с помощью специальных инструментов, таких как зеркала и телескопы. Визуальный контроль является неотъемлемой частью регулярного технического обслуживания подстанции.
Визуальный контроль позволяет операторам подстанции проверить положение коммутационных аппаратов на всех уровнях, включая верхние и нижние ярусы. Он также позволяет операторам обнаружить любые неисправности в работе коммутационных аппаратов, такие как коррозия, износ или повреждения. Визуальный контроль позволяет операторам принимать необходимые меры по устранению этих проблем до того, как они приведут к серьезным авариям.
Одним из важных аспектов визуального контроля является обучение операторов правильному проведению этой процедуры. Операторы должны быть обучены использованию специальных инструментов и методик, которые обеспечивают правильную оценку положения коммутационных аппаратов. Это позволяет операторам быстро и эффективно обнаруживать любые неисправности и сразу же предпринимать необходимые меры.
Визуальный контроль также имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами контроля положения коммутационных аппаратов. Например, он не требует выключения электрооборудования для проведения проверки, что позволяет сократить время простоя и увеличить эффективность работы подстанции. Он также может быть проведен быстро и легко, что делает его доступным для регулярного использования.
Однако, как и любой другой метод контроля, визуальный контроль имеет свои ограничения. Он может быть затруднен в случаях, когда коммутационные аппараты находятся в труднодоступных местах или плохо освещенных зонах. Кроме того, визуальный контроль не всегда может обнаружить скрытые дефекты, такие как трещины и повреждения внутренних деталей коммутационных аппаратов.
382
Развитие микропроцессорных технологий перевело системы автоматического управления на новый уровень, где обработка большого объема информации производится практически мгновенно, по сравнению с переходными процессами, происходящими в электрической сети. Это позволяет отслеживать не только состояние объекта управления (включено/выключено), но и его параметры, а также параметры электрического тока, протекающего через него. На базе микропроцессоров создаются уже не просто автоматические системы управления, а интеллектуальные, при этом частичная переработка информации и принятие управленческих решений происходит на самом объекте управления - цифровые защиты, реклоузеры, станции управления выключателями.
Но, несмотря на развитие информационных технологий, основную функцию управления все же несет человек - энергодиспетчер (или дежурный персонал): сборка и разборка схем для проведения ремонтно-ревизионных работ; отключение и подключение потребителя либо источника, питающего сеть и т.д. [2]. В задачи автоматики входит обработка аварийных ситуаций и поддержание заданного режима работы, а в задачи энергодиспетчера - выбор режимов и параметров работы сети и принятие основных стратегических решений.
Как уже было сказано выше, для принятия управленческого решения необходимо иметь достоверную и полную информацию о состоянии объекта управления и параметрах окружающей его среды. В частности, рассмотрено управление разъединителями.
Разъединители применяются в энергетике повсеместно и служат для создания видимого разрыва. В системе тягового электроснабжения они устанавливаются как на опорах контактной сети, так и во всех распределительных устройствах тяговых подстанций. Разъединители отличаются конструктивно и разрывают цепи высокого напряжении. Без разъединителя невозможно безопасное выполнение работ. Таким образом, от состояния разъединителя напрямую зависит безопасность обслуживающего персонала и сохранность оборудования.
Во включенном состоянии разъединитель создает электрическое соединение токопроводящей цепи и обеспечивает надежность электроснабжения.
Ключевое слово в функции разъединителя - «видимый» разрыв. При дистанционном управлении разъединителями энергодиспечер может ориентироваться только на показания системы телесигнализации. Однако эта информация не всегда оказывается достоверной. Причиной может служить как состояние аппаратуры телесигнализации, так и состояние самого разъединителя.
При эксплуатации разъединителя возможны его поломки, которые связаны с неправильной регулировкой ножей или привода, износом механических частей, температурными перепадами, образованием наледи и т.д.
Как показывает опыт, при отключении разъединителя может произойти заклинивание ножей и разрушение изоляторов - привод отрабатывает переключение и сигнальный датчик сообщает об этом энергодиспетчеру, но цепь остается замкнутой. В другом случае - при включении, из-за разрегулировки ножей, цепь либо не замкнется, либо контакт будет иметь большое сопротивление, что приведет к его пережогу при большой токовой нагрузке.
Установка дополнительных датчиков, контролирующих состояние цепи (замкнута/разомкнута) помогает контролировать процесс переключения, но не состояние самого оборудования. То есть позволяет определить аварийную ситуацию, но не предотвратить.
Передача информации в виде изображения позволяет увеличить ее объем, достоверность и скорость. Таким образом, энергодиспетчер по видимому изображению разъединителя сможет определить не только его положение, но и состояние - наличие механических повреждений до, вовремя и после переключения. Система видеоконтроля позволит исключить вероятность ложного отключения, когда ножи залипли в ламелях или обледенели.
В настоящий момент существует огромное множество различных систем видеонаблюдения и видеоконтроля. Разнообразие невообразимо широко - это и «видео няня», и система распознавания лиц, камеры контроля нарушения дорожного движения. В зависимости от своего назначения камеры могут работать в любое время суток при любой освещенности в различных диапазонах частот электромагнитного излучения - от инфракрасной области, до ультрафиолетовой. Любая система видеоконтроля имеет четыре основных составляющих: (рис.1):
- камера;
- оборудование, необходимое для передачи данных;
- сервер обработки полученной информации;
- программное обеспечение.
Выбор оборудования зависит от задач, которые стоят перед системой. В частности, для контроля разъединителя предлагается отслеживать его положение, внешнее состояние и качество контакта при замыкании ножей.
На примере разъединителей можно сказать, что только для контроля положения и внешнего состояния достаточно использования видеокамеры с разрешением, зависящим от расстояния до объектов и их числа, контролируемых одной камерой. Но поскольку разъединители устанавливаются на удаленных участках, а их отключение выполняется в любое время суток при любых погодных условиях, недостаточно установки только лишь одной камеры, следует использовать инфракрасную камеру.
Что касается контроля качества контакта в замкнутых ножах, то здесь следовало бы использовать тепловизор. При неправильной регулировке, ножи могут не создать надежный контакт, то есть удельное сопротивление его окажется большим, что приведет к потерям электроэнергии и нагреву контакта (рис.2). Повышенный нагрев контакта может привести при увеличении нагрузки к пережогу, а значит к сбою в питании. Тепловизор как раз и позволит проконтролировать температуру нагрева контакта и в автоматическом режиме и ручном [3, 4].
Тепловизор является также инфракрасной видеокамерой, но только работающей в другом частотном диапазоне (5-20 мкм) и обладающей большей чувствительностью. То есть, инфракрасная камера работает на отраженном от объекта свете (0,9 мкм), поэтому в ночное время и требуется подсветка, а тепловизор фиксирует собственное излучение объекта. Стоимость тепловизора в 10-100 раз превышает стоимость инфракрасной камеры и своей ценой может перекрыть стоимость снижения рисков аварийных ситуаций. Однако и инфракрасную камеру также можно применять для контроля нагрева. Для этого следует использовать контрольные точки, на сравнении интенсивности
излучения с которыми, система обработки изображения сможет распознать нагрев, возможно также использование термокраски. В случае ошибочного отключения под нагрузкой возникнет дуга, которая даст излучение уже в видимом для камеры диапазоне и также легко может быть распознано.
Процесс передачи данных осуществляется по проводному и беспроводному соединению. Беспроводная связь обеспечивается радиоканалами, настроенными на определенный диапазон частот. В качестве проводной связи может служить практически любой вид кабеля. Как правило, это коаксиальный, оптоволоконный или витая пара, подключаемая и обеспечивающие связь с локальной или глобальной сетью.
Веб-камера - основной исполнительный элемент системы способная в реальном времени фиксировать и передавать \ изображения
Волоконно-оптическая линия ( мячи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим во.шоводам, известным под названием "оптическое волокно1'
Цифровой щдеорегистратор позволяет
записывать на жесткий диск и просматривать запись сигналов от одной или нескольких видеокамер.
Рис. 1. Система визуального контроля
Видеорегистратор
Рис. 3. Контроль нагрева контакта
Проводная связь имеет массу недостатков, но у нее есть неоспоримый плюс - высокий уровень защиты от помех и отсутствие излучения. Также очень высока скорость передачи данных - она составляет до 3Гбит/с. Но проводная связь далеко не всегда возможна на объектах тяговой энергетики, когда нет возможности размещать дополнительный кабель на опорах контактной сети. Также существует большая вероятность обрыва кабеля в зимнее время года из-за гололедных отложений.
Беспроводное видеонаблюдение возможно там, где проложить кабель практически невозможно, или затрачиваемые материальные средства на прокладку настолько высоки, что перебивают необходимость какой либо системы наблюдения.
На сегодняшний день Wi-Fi, ZigBee, GSM - самые распространенные и востребованные технологии передачи данных для организации беспроводных сетей.
В стандартах Wi-Fi и Zigbee - обеспечивает невысокое потребление энергии и передача данных на частоте со скоростями до 100 Мб/с, но на небольшое расстояние, причем в условиях прямой видимости.
GSM - наиболее распространенный на сегодняшний день стандарт беспроводной цифровой сотовой мобильной связи. Стандарт, относящийся к поколению 4G, обеспечивает разделение каналов по времени и частоте. Дальность действия 120 км. Максимальная скорость передачи до 100 Мбит/с.
С точки зрения питания видеоустройств на отдаленных участках существует риск возникновения перебоев электроснабжения или отсутствие связи по беспроводным каналам. И тут очень важно наличие в современных камерах собственной памяти. Перерыв в питании приведет к сбою и энергодиспетчер увидит это, но после восстановления питания не будет так называемых «мертвых зон» и оперативная обстановка будет видна диспетчеру.
Получаемая с контролируемого объекта информация обрабатывается и хранится на сервере АРМ энергодиспетчера. Для хранения используются современные цифровые технологии big data. Однако предлагается хранить информацию определенное время (сутки), сохранять только моменты оперативных переключений или аварийных ситуаций.
Программное обеспечение для системы визуального контроля - это отдельная тема, поскольку на него возлагается обработка изображения контролируемого объекта и формирование сообщения энергодиспетчеру. То есть обработка изображения позволит на программном уровне проконтролировать положение разъединителя и отдельные показатели его состояния. И, в случае отклонения, сообщить об этом энергодиспетчеру. Энергодиспетчер в нормальном режиме будет видеть только короткий момент перевода разъединителя из одного положения в другое после формирования приказа и его исполнения. Либо может отслеживать состояние объекта по запросу. Такой подход обеспечит необходимую функцию контроля и в тоже время не создаст загромождение рабочего пространства энергодиспетчера.
В целом, визуальный контроль положения коммутационных аппаратов на электрических подстанциях является важной частью технического обслуживания и контроля качества работы энергосистемы. Этот метод контроля помогает операторам подстанций быстро обнаруживать любые неисправности и принимать меры для их устранения, что помогает сохранять стабильность и надежность работы электрических подстанций. Однако важно помнить, что визуальный контроль не является универсальным методом контроля и его использование должно быть дополнено другими методами контроля, такими как термографический контроль и контроль вибрации, для обеспечения максимальной эффективности контроля и обнаружения любых возможных проблем.
Список литературы
1. Бошкарева Т.В. Адекватность результатов моделирования процессов в упругих элементах / Т. В. Бош-карева, Е. В. Добрынин, О. В. Табаков // Вестник транспорта Поволжья. 2019. № 4(76). С. 7-13.
2. Учет распределения тока в тяговой сети при проектировании и усилении контактной подвески / Е. В. Добрынин, О. В. Табаков, И. П. Гордеев, Е. М. Плохов // Вестник транспорта Поволжья. 2020. № 2(80). С. 16-21.
3. Табаков О.В. Система визуального контроля разъединителей на трансформаторных подстанциях / О. В. Табаков, Т. В. Харитонова, А. М. Батищев // Наука и образование транспорту. 2021. № 2. С. 82-83.
4. Бошкарева Т.В. Адекватность результатов моделирования процессов в упругих элементах / Т. В. Бош-карева, Е. В. Добрынин, О. В. Табаков // Вестник транспорта Поволжья. 2019. № 4(76). С. 7-13.
5. Система визуального контроля коммутационных аппаратов / Е. В. Добрынин, Т. В. Бошкарева, С. А. Митрофанов [и др.] // Электротехника. 2017. № 3. С. 50-54.
6. Добрынин Е.В. Система контроля напряжения в контактной сети / Е. В. Добрынин, Т. В. Бошкарева, О. В. Табаков // Электротехника. 2020. № 3. С. 46-49.
7. Добрынин Е.В. Цифровая подстанция. Метод реализации / Е. В. Добрынин, И. А. Ефремова // Вестник транспорта Поволжья. 2020. № 1(79). С. 16-22. EDN DMDDMZ.
8. Козменков О.Н., Ефремова И.А. Комплексный подход к диагностике трансформаторов // Наука и образование транспорту. 2018. № 1. С. 245-249.
9. Козменков О.Н., Ефремова И.А. Управление объектами системы тягового электроснабжения в концепции цифровой железной дороги // Наука и образование транспорту. 2018. № 1. С. 237-240.
Табаков Олег Валентинович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Харитонова Татьяна Владимировна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения
VISUAL CONTROL OF SWITCHING DEVICES AT ELECTRICAL SUBSTATIONS O.V. Tabakov, T. V. Kharitonova
The introduction of contactless diagnostics of video cameras and thermal imaging cameras into the system will allow obtaining reliable information in real time. Using wireless systems greatly simplifies the process. The article presents the results of experiments on installing video cameras together with sensors and thermal imaging cameras in order to diagnose the condition of disconnectors.
Key words: diagnostics, video camera, sensors, thermal imager, visual control.
Tabakov Oleg Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering,
Kharitonova Tatyana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering
