Il monitoraggio online delle condizioni dei sistemi GIS è influenzato dalle interferenze elettromagnetiche?

Se sei un operatore di rete elettrica o un asset manager GIS (Gas Insulated Switchgear), probabilmente ti sei affidato al monitoraggio delle condizioni online per mantenere in funzione in modo affidabile le apparecchiature critiche. Per anni forniamo soluzioni specializzate per il monitoraggio delle condizioni online GIS e una domanda emerge più spesso di ogni altra:Il monitoraggio delle condizioni online GIS è influenzato dalle interferenze elettromagnetiche (EMI)?È una preoccupazione legittima: il GIS opera in ambienti ad alta tensione e corrente elevata in cui l'EMI è onnipresente e i dati provenienti dai sistemi di monitoraggio rappresentano l'ancora di salvezza per la manutenzione predittiva. Analizziamo tutto questo, basiamolo sulle sfide del mondo reale e spieghiamo come le nostre soluzioni affrontano questo problema.

Per prima cosa, prepariamo la scena: il GIS è compatto, efficiente e ora onnipresente nelle sottostazioni, ma il suo design chiuso e rivestito in metallo non elimina le EMI: le modella. Ogni volta che un interruttore entra in funzione, uno scaricatore di sovratensione si attiva o una corrente di guasto si interrompe, vengono generati impulsi elettromagnetici transitori (EMP) che si propagano attraverso la sottostazione. Questi impulsi possono fuoriuscire o accoppiarsi in cavi, sensori e dispositivi di monitoraggio adiacenti che costituiscono il monitoraggio delle condizioni online GIS. Il rischio non è solo un lieve rumore; non vengono rilevati i primi segnali di guasto (come lo scarico parziale) o i falsi allarmi che sprecano risorse per la manutenzione.

Negli ultimi dieci anni, abbiamo lavorato con oltre 20 clienti di servizi di pubblica utilità in Nord America ed Europa e i nostri team in loco hanno documentato in prima persona i problemi di monitoraggio relativi alle EMI. Le prime installazioni di sistemi di monitoraggio di base (sensori standard collegati insieme a cavi di alimentazione) presentavano regolarmente il 15-20% di falsi positivi allarmi di scariche parziali nei nostri primi tre anni di attività. Un cliente del Midwest ha riferito che il monitoraggio dell’umidità del gas SF6 aumentava di 30 ppm ogni volta che un trasformatore nelle vicinanze cambiava, costringendo gli operatori a convalidare manualmente le letture invece di fidarsi dei dati in tempo reale. È stato allora che abbiamo imparato: l'EMI non è un problema teorico: è un ostacolo operativo quotidiano per il monitoraggio delle condizioni online GIS non ottimizzato.

Andiamo nello specifico su come l'EMI interagisce con i comuni parametri di monitoraggio GIS. Innanzitutto, il monitoraggio della qualità del gas SF6: l'SF6 è il nucleo isolante e di estinzione dell'arco del GIS, quindi perdite, decomposizione o umidità sono segnali critici di guasto precoce. I nostri sensori SF6 di prima generazione utilizzavano connessioni cablate analogiche che rilevavano le EMI di modo comune dalle sbarre delle sottostazioni. L'EMI distorcerebbe le letture della tensione, rendendo difficile distinguere gli effettivi sottoprodotti della decomposizione dell'SF6 (come SO2 o H2S) dal rumore elettrico. Successivamente abbiamo riprogettato questi sensori con elaborazione differenziale del segnale, un cavo schermato a doppino intrecciato (STP) e un filtro della larghezza di banda sintonizzato per eliminare le frequenze transitorie della sottostazione (1 kHz-1 MHz, la fonte più comune di rumore di commutazione GIS). Il risultato? Le false letture dell'SF6 sono diminuite dell'89% nei test sui clienti. Se stai cercando un sistema appositamente realizzato che integri questa mitigazione del rumore, controlla il nostroSistema di monitoraggio del gas Sf6progettato esclusivamente per ambienti GIS.

Successivamente, il monitoraggio delle scariche parziali (PD): è qui che le interferenze EMI colpiscono più duramente, perché la PD stessa è un minuscolo segnale elettrico (nanoampere, picocoulomb) nascosto nel rumore di fondo ad alta tensione. Una volta abbiamo assistito un cliente in Texas dove il loro sistema di monitoraggio PD non specializzato non ha rilevato un PD interno critico in un vano GIS da 230 kV perché il sensore non teneva conto dei transitori di corrente di guasto da 50 kA della sottostazione. Il guasto alla fine causò un'interruzione di 4 ore, costando all'azienda 2 milioni di dollari in mancate entrate. Quella esperienza ci ha spinto a costruire il nostroSistema di monitoraggio online delle scariche parziali per Gische utilizza due strati di reiezione EMI: in primo luogo, trasduttori di corrente ad alta frequenza (HFCT) con schermatura metallica che si collega direttamente all'involucro messo a terra del GIS per isolare i segnali PD dal rumore esterno. In secondo luogo, un algoritmo proprietario che incrocia le letture PD con timestamp con i registri degli eventi della sottostazione (operazioni dell'interruttore, attivazioni degli scaricatori di sovratensione) per filtrare i picchi EMI transitori. Nei test di follow-up con quel cliente del Texas, il sistema ha rilevato PD interno 12 mesi prima di qualsiasi altro segno di guasto, con zero falsi allarmi derivanti da eventi di commutazione della sottostazione.

Gli scaricatori di sovratensione sono un altro componente GIS critico e anche il loro monitoraggio (per corrente residua e corrente di dispersione) è vulnerabile alle EMI. Quando un fulmine colpisce una sottostazione, lo scaricatore di sovratensione devia la corrente, generando enormi interferenze elettromagnetiche che possono distorcere le letture della corrente di dispersione. Abbiamo visto clienti utilizzare sensori di corrente di dispersione generici che durante un temporale leggerebbero 5 volte il valore effettivo, portando a inutili sostituzioni degli scaricatori di sovratensione. NostroMonitoraggio dello scaricatore di sovratensioneIl sistema utilizza bobine Rogowski con schermatura magnetica per attenuare le EMI alla frequenza dei fulmini, abbinate a un involucro resistente agli agenti atmosferici che blocca il rumore RF esterno. Un cliente in Florida ha riferito che durante una tempesta di categoria 2, il nostro sistema di monitoraggio degli scaricatori di sovratensione ha mantenuto una precisione dei dati del 98%, mentre il sistema generico di un'azienda di servizi vicina ha registrato una perdita di dati del 70%. Questa è la differenza tra un design resistente alle interferenze elettromagnetiche e soluzioni successive.

Ora ti starai chiedendo: esiste un modo per eliminare completamente l'impatto delle EMI? La risposta breve è no: le sottostazioni avranno sempre rumore elettrico, ma il moderno monitoraggio delle condizioni online GIS può essere progettato per mitigarlo in modo efficace. La chiave non è semplicemente acquistare un sistema di monitoraggio; è sceglierne uno progettatoper ambienti GIS, non riutilizzato da ambienti industriali o a bassa tensione.

Affrontiamo i miti comuni che sentiamo dai gestori patrimoniali scettici. Mito 1: “Il cablaggio in fibra ottica elimina le interferenze elettromagnetiche, quindi dovrei utilizzare semplicemente la fibra anziché il rame schermato”. Sebbene la fibra sia immune alle EMI elettriche, può comunque captare il rumore ottico derivante dalla luce ambientale o dal calore della sottostazione ed è più costosa da installare in GIS retrofittati (dove è necessario perforare involucri metallici). I nostri clienti che utilizzano rame schermato misto per le comunicazioni dei sensori e fibra per il backhaul ottengono il meglio da entrambi i mondi: basso costo, elevata reiezione del rumore e dati affidabili a lungo raggio. Mito 2: “L’EMI influisce solo sui sistemi cablati, quindi il monitoraggio wireless è migliore.” I sistemi wireless (come LoRa o Wi-Fi) sono sensibili alle EMI RF provenienti dai trasmettitori vicini o dalle apparecchiature di controllo delle sottostazioni e i loro pacchetti di dati possono essere danneggiati durante eventi altamente transitori. Abbiamo testato sia le opzioni wireless che quelle cablate e abbiamo scoperto che i sistemi cablati e rinforzati EMI hanno una disponibilità dei dati superiore del 12% negli ambienti delle sottostazioni, anche durante le operazioni di commutazione di punta.

Negli ultimi cinque anni, la nostra base clienti è cresciuta del 35%, principalmente grazie al passaparola. Un'importante utility canadese è passata da tre diversi sistemi di monitoraggio generici alla nostra suite completa di monitoraggio delle condizioni online GIS e ha riferito: "Prima passavamo 10 ore a settimana a convalidare i falsi allarmi; ora è meno di un'ora e abbiamo rilevato un difetto GIS che avrebbe causato un'interruzione questa primavera." Questo è il vero vantaggio di affrontare le EMI nel monitoraggio: ottieni dati accurati e utilizzabili che ti consentono di pianificare la manutenzione, non di reagire ai guasti.

Se stai attualmente riscontrando problemi relativi alle EMI con il monitoraggio delle condizioni online GIS o stai cercando di passare a un sistema creato per ambienti di sottostazioni ad alto rumore, saremo lieti di illustrarti le nostre soluzioni. Il nostro team di ingegneri ha esperienza in loco con installazioni GIS da 110 kV a 500 kV e possiamo fornire un piano di mitigazione del rumore personalizzato su misura per il layout della vostra sottostazione. Che tu abbia bisogno di un monitoraggio mirato dell'SF6, di un rilevamento completo di PD o di un monitoraggio degli scaricatori di sovratensione, le nostre soluzioni sono progettate per funzionare anche negli ambienti con maggiori emissioni di EMI. Per saperne di più sui nostri sistemi appositamente realizzati, compresi i nostri strumenti specializzati per il monitoraggio del gas SF6 e delle scariche parziali, sfoglia le nostre risorse online o contatta il nostro team di vendita per discutere delle tue esigenze specifiche. Siamo qui per aiutarti a trasformare dati di monitoraggio affidabili in miglioramenti tangibili delle prestazioni della rete.

Riferimenti

1. IEEE Std C37.122.1-2018, "Guida IEEE per sottostazioni isolate in gas (GIS) per sistemi di alimentazione ad alta tensione"
2. Wang, Y., et al. (2021). "Mitigazione delle interferenze elettromagnetiche per il monitoraggio delle scariche parziali nelle sottostazioni GIS." Transazioni IEEE sulla fornitura di energia, vol. 36, n. 4, pp. 1897-1905.
3. Gruppo di Lavoro del Consiglio Internazionale sui Grandi Sistemi Elettrici (CIGRE) A3.26. (2019). "Monitoraggio delle condizioni dei quadri isolati in gas: migliori pratiche per la resilienza alle interferenze elettromagnetiche". Brochure CIGRE 762.
4. Ufficio americano degli standard (ABS). (2022). "Linee guida per il monitoraggio delle condizioni online nelle sottostazioni ad alta tensione."