Wird die Online-Zustandsüberwachung von GIS durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt?

Wenn Sie ein Stromnetzbetreiber oder GIS-Anlagenverwalter (Gas Insulated Switchgear) sind, haben Sie sich wahrscheinlich auf die Online-Zustandsüberwachung verlassen, um den zuverlässigen Betrieb kritischer Geräte zu gewährleisten. Seit Jahren liefern wir spezialisierte GIS-Online-Zustandsüberwachungslösungen, und eine Frage stellt sich häufiger als jede andere:Ist die Online-Zustandsüberwachung von GIS durch elektromagnetische Störungen (EMI) beeinträchtigt?Dies ist eine berechtigte Sorge – GIS arbeitet in Hochspannungs- und Hochstromumgebungen, in denen elektromagnetische Störungen allgegenwärtig sind und Daten von Überwachungssystemen die Lebensader für die vorausschauende Wartung sind. Lassen Sie uns dies aufschlüsseln, es mit realen Herausforderungen begründen und erklären, wie unsere Lösungen dieses Problem angehen.

Lassen Sie uns zunächst die Situation festlegen: GIS ist kompakt, effizient und mittlerweile in Umspannwerken allgegenwärtig, aber sein geschlossenes, metallgekapseltes Design eliminiert EMI nicht – es prägt sie. Jedes Mal, wenn ein Leistungsschalter betätigt, ein Überspannungsableiter aktiviert oder ein Fehlerstrom unterbrochen wird, erzeugt er vorübergehende elektromagnetische Impulse (EMP), die sich durch die Umspannstation ausbreiten. Diese Impulse können durchsickern oder in benachbarte Kabel, Sensoren und Überwachungsgeräte einkoppeln, aus denen die GIS-Online-Zustandsüberwachung besteht. Das Risiko besteht nicht nur in geringfügigem Lärm; Es handelt sich um übersehene frühe Anzeichen eines Ausfalls (z. B. Teilentladung) oder um Fehlalarme, die Wartungsressourcen verschwenden.

Im letzten Jahrzehnt haben wir mit mehr als 20 Versorgungskunden in Nordamerika und Europa zusammengearbeitet und unsere Teams vor Ort haben EMI-bezogene Überwachungsprobleme aus erster Hand dokumentiert. Bei der ersten Installation grundlegender Überwachungssysteme (handelsübliche, neben Stromkabeln verkabelte Sensoren) kam es in den ersten drei Jahren unseres Bestehens regelmäßig zu 15–20 % falsch-positiven Teilentladungswarnungen. Ein Kunde aus dem Mittleren Westen berichtete, dass die Feuchtigkeitsüberwachung seines SF6-Gases jedes Mal um 30 ppm anstieg, wenn ein nahegelegener Transformator umschaltete, was die Bediener dazu zwang, die Messwerte manuell zu validieren, anstatt Echtzeitdaten zu vertrauen. Da haben wir gelernt: EMI ist kein theoretisches Problem – es ist eine tägliche betriebliche Hürde für die nicht optimierte GIS-Online-Zustandsüberwachung.

Lassen Sie uns näher darauf eingehen, wie EMI mit gängigen GIS-Überwachungsparametern interagiert. Erstens die Überwachung der SF6-Gasqualität: SF6 ist der isolierende und lichtbogenlöschende Kern von GIS, daher sind Lecks, Zersetzung oder Feuchtigkeit wichtige frühe Fehlersignale. Unsere SF6-Sensoren der ersten Generation verwendeten analoge Kabelverbindungen, die Gleichtakt-EMI von den Sammelschienen der Umspannwerke erfassten. Die EMI würde die Spannungsmesswerte verfälschen und es schwierig machen, tatsächliche SF6-Zersetzungsnebenprodukte (wie SO2 oder H2S) von elektrischem Rauschen zu unterscheiden. Später haben wir diese Sensoren mit differenzieller Signalverarbeitung, einem abgeschirmten Twisted-Pair-Kabel (STP) und einem Bandbreitenfilter neu entwickelt, der darauf abgestimmt ist, Übergangsfrequenzen in Umspannwerken zu eliminieren (1 kHz–1 MHz, die häufigste Quelle für GIS-Schaltgeräusche). Das Ergebnis? Bei Kundentests sanken die falschen SF6-Werte um 89 %. Wenn Sie nach einem speziell entwickelten System suchen, das diese Lärmminderung integriert, schauen Sie sich unser anSF6-Gasüberwachungssystemausschließlich für GIS-Umgebungen konzipiert.

Als nächstes folgt die Überwachung der Teilentladung (PD): Hier sind EMI-Störungen am härtesten, da es sich bei PD selbst um ein winziges elektrisches Signal (Nanoampere, Picocoulomb) handelt, das im Hochspannungs-Hintergrundrauschen verborgen ist. Wir haben einmal einen Kunden in Texas unterstützt, dessen nicht spezialisiertes TE-Überwachungssystem einen kritischen internen TE in einem 230-kV-GIS-Feld übersehen hat, weil der Sensor die 50-kA-Fehlerstromtransienten der Umspannstation nicht berücksichtigt hat. Der Fehler verursachte schließlich einen vierstündigen Ausfall, der dem Energieversorger 2 Millionen US-Dollar an Einnahmeverlusten kostete. Diese Erfahrung hat uns dazu bewogen, unser eigenes zu bauenOnline-Teilentladungsüberwachungssystem für GisDabei werden zwei Schichten der EMI-Unterdrückung verwendet: Erstens Hochfrequenzstromwandler (HFCTs) mit Metallabschirmung, die direkt am geerdeten Gehäuse des GIS angebracht werden, um PD-Signale von externen Störungen zu isolieren. Zweitens ein proprietärer Algorithmus, der zeitgestempelte TE-Messwerte mit Ereignisprotokollen von Umspannwerken (Leistungsschalterbetätigungen, Aktivierungen von Überspannungsableitern) vergleicht, um vorübergehende EMI-Spitzen herauszufiltern. Bei Folgetests mit diesem Kunden aus Texas erkannte das System interne PD 12 Monate vor jedem anderen Anzeichen eines Ausfalls, ohne dass es zu Fehlalarmen durch Umspannwerksschaltereignisse kam.

Überspannungsableiter sind eine weitere wichtige GIS-Komponente, und ihre Überwachung (auf Reststrom und Leckstrom) ist ebenfalls anfällig für elektromagnetische Störungen. Wenn ein Blitz ein Umspannwerk trifft, leitet der Überspannungsableiter den Strom um und erzeugt starke elektromagnetische Störungen, die die Ableitstromwerte verfälschen können. Wir haben gesehen, dass Kunden generische Leckstromsensoren verwenden, die während eines Sturms das Fünffache des tatsächlichen Werts anzeigen würden, was zu einem unnötigen Austausch von Überspannungsableitern führt. UnserÜberwachung von ÜberspannungsableiternDas System verwendet Rogowski-Spulen mit magnetischer Abschirmung, um blitzfrequente elektromagnetische Störungen zu dämpfen, gepaart mit einem wetterfesten Gehäuse, das externes HF-Rauschen blockiert. Ein Kunde in Florida berichtete, dass unser Überspannungsableiter-Überwachungssystem während eines Sturms der Kategorie 2 eine Datengenauigkeit von 98 % aufrechterhielt, während das generische System eines benachbarten Versorgungsunternehmens einen Datenverlust von 70 % aufwies. Das ist der Unterschied zwischen EMI-resistentem Design und nachträglichen Reparaturen.

Nun fragen Sie sich vielleicht: Gibt es eine Möglichkeit, die EMI-Auswirkungen vollständig zu eliminieren? Die kurze Antwort lautet: Nein – in Umspannwerken wird es immer elektrische Störungen geben, aber moderne GIS-Online-Zustandsüberwachung kann so gestaltet werden, dass diese wirksam gemindert wird. Der Schlüssel liegt nicht darin, einfach irgendein Überwachungssystem zu kaufen; Es geht darum, eines zu wählen, das entworfen wurdefür GIS-Umgebungen, nicht aus Industrie- oder Niederspannungsumgebungen umfunktioniert.

Lassen Sie uns die gängigen Mythen ansprechen, die wir von skeptischen Vermögensverwaltern hören. Mythos 1: „Glasfaserkabel eliminieren EMI, daher sollte ich einfach Glasfaser statt abgeschirmtem Kupfer verlegen.“ Obwohl die Glasfaser immun gegen elektrische EMI ist, kann sie dennoch optisches Rauschen durch Umgebungslicht oder Umspannwerkswärme auffangen, und die Installation in nachgerüsteten GIS (wo man durch Metallgehäuse bohren muss) ist teurer. Unsere Kunden, die geschirmtes Kupfer für die Sensorkommunikation und Glasfaser für den Backhaul kombinieren, profitieren von den Vorteilen beider Welten: niedrige Kosten, hohe Rauschunterdrückung und zuverlässige Ferndaten. Mythos 2: „EMI betrifft nur kabelgebundene Systeme, daher ist eine drahtlose Überwachung besser.“ Drahtlose Systeme (wie LoRa oder Wi-Fi) sind anfällig für HF-EMI von nahegelegenen Sendern oder Umspannwerkssteuergeräten, und ihre Datenpakete können bei Ereignissen mit hoher Transientenzahl beschädigt werden. Wir haben sowohl drahtlose als auch kabelgebundene Optionen getestet und festgestellt, dass kabelgebundene, EMI-geschützte Systeme eine um 12 % höhere Datenverfügbarkeit in Umspannwerksumgebungen bieten, selbst während Spitzenschaltvorgängen.

In den letzten fünf Jahren ist unser Kundenstamm um 35 % gewachsen – hauptsächlich durch Mundpropaganda. Ein großer Energieversorger in Kanada wechselte von drei verschiedenen generischen Überwachungssystemen zu unserer kompletten GIS-Online-Zustandsüberwachungssuite und berichtete: „Früher haben wir 10 Stunden pro Woche damit verbracht, Fehlalarme zu validieren; jetzt ist es weniger als 1 Stunde, und wir haben einen GIS-Defekt festgestellt, der diesen Frühling zu einem Ausfall geführt hätte.“ Das ist der eigentliche Vorteil der EMI-Bekämpfung bei der Überwachung: Sie erhalten genaue, umsetzbare Daten, die es Ihnen ermöglichen, Wartungsarbeiten zu planen und nicht auf Ausfälle zu reagieren.

Wenn bei Ihrer GIS-Online-Zustandsüberwachung derzeit EMI-bezogene Probleme auftreten oder Sie auf ein System upgraden möchten, das für Umgebungen mit hohem Lärmpegel in Umspannwerken entwickelt wurde, erläutern wir Ihnen gerne unsere Lösungen. Unser Ingenieurteam verfügt über Vor-Ort-Erfahrung mit 110-kV- bis 500-kV-GIS-Installationen und wir können einen maßgeschneiderten Lärmminderungsplan erstellen, der auf die Anordnung Ihres Umspannwerks zugeschnitten ist. Unabhängig davon, ob Sie eine gezielte SF6-Überwachung, eine umfassende TE-Erkennung oder die Nachverfolgung von Überspannungsableitern benötigen, sind unsere Lösungen darauf ausgelegt, selbst in den EMI-lastigsten Umgebungen zu funktionieren. Um mehr über unsere speziell entwickelten Systeme zu erfahren, einschließlich unserer speziellen SF6-Gas- und Teilentladungsüberwachungstools, durchsuchen Sie unsere Online-Ressourcen oder wenden Sie sich an unser Vertriebsteam, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen. Wir sind hier, um Ihnen dabei zu helfen, zuverlässige Überwachungsdaten in spürbare Verbesserungen der Netzleistung umzuwandeln.

Referenzen

1. IEEE Std C37.122.1-2018, „IEEE-Leitfaden für gasisolierte Umspannwerke (GIS) für Hochspannungssysteme“
2. Wang, Y., et al. (2021). „Abschwächung elektromagnetischer Interferenzen zur Teilentladungsüberwachung in GIS-Umspannwerken.“ IEEE Transactions on Power Delivery, Bd. 36, Nr. 4, S. 1897-1905.
3. Arbeitsgruppe A3.26 des International Council on Large Electric Systems (CIGRE). (2019). „Zustandsüberwachung von gasisolierten Schaltanlagen: Best Practices für die EMI-Resilienz.“ CIGRE-Broschüre 762.
4. Amerikanisches Bureau of Standards (ABS). (2022). „Richtlinien für die Online-Zustandsüberwachung in Hochspannungsschaltanlagen.“