GISのオンライン状態監視は電磁干渉の影響を受けますか？

あなたが送電網運営者または GIS (ガス絶縁開閉装置) 資産管理者であれば、おそらく重要な機器を確実に稼働し続けるためにオンライン状態監視に頼ったことがあるでしょう。長年にわたり、当社は専門的な GIS オンライン状態監視ソリューションを提供してきましたが、他の質問よりもよく聞かれる質問が 1 つあります。GIS オンライン状態監視は電磁干渉 (EMI) の影響を受けますか?これは当然の懸念です。GIS は EMI が遍在する高電圧、大電流の環境で動作し、監視システムからのデータは予知保全のライフラインです。これを分析し、現実世界の課題に基づいて、当社のソリューションがこの問題にどのように対処するかを説明しましょう。

まず、状況を設定しましょう。GIS はコンパクトで効率的で、現在変電所のいたるところに普及していますが、その閉じた金属で囲まれた設計は EMI を排除するものではなく、EMI を形成します。ブレーカーが動作するたび、避雷器が作動するか、または事故電流が遮断されるたびに、変電所内に波及する過渡電磁パルス (EMP) が生成されます。これらのパルスは、GIS オンライン状態監視を構成する隣接するケーブル、センサー、監視デバイスに漏れたり結合したりする可能性があります。リスクは小さな騒音だけではありません。故障の初期の兆候 (部分放電など) や、メンテナンス リソースを無駄にする誤った警告を見逃します。

過去 10 年にわたり、当社は北米とヨーロッパの 20 社以上の公益事業会社と協力してきました。当社のオンサイト チームは、EMI 関連の監視問題を直接文書化してきました。基本的な監視システム (電源ケーブルに沿って配線された既製のセンサー) の初期の設置では、事業開始から最初の 3 年間で 15 ～ 20% の誤検知部分放電アラートが定期的に発生していました。中西部の顧客の 1 社は、近くの変圧器が切り替わるたびに SF6 ガスの水分監視値が 30 ppm 急上昇し、オペレーターがリアルタイム データを信頼せずに手動で測定値を検証する必要があると報告しました。そのとき私たちは、EMI は理論上の問題ではなく、最適化されていない GIS オンライン状態監視にとって日常的な運用上の障害であることを学びました。

EMI が一般的な GIS モニタリング パラメーターとどのように相互作用するかについて具体的に見てみましょう。まず、SF6 ガス品質の監視: SF6 は GIS の絶縁および消弧の核となるため、漏れ、分解、または湿気は重要な初期故障信号です。当社の第一世代 SF6 センサーは、変電所バスバーからコモンモード EMI を拾うアナログ有線接続を使用していました。 EMI により電圧測定値が歪められ、実際の SF6 分解副生成物 (SO2 や H2S など) と電気ノイズを区別することが困難になります。その後、差動信号処理、シールド付きツイストペア (STP) ケーブル、および変電所の過渡周波数 (GIS スイッチング ノイズの最も一般的な発生源である 1 kHz ～ 1 MHz) を除去するように調整された帯域幅フィルターを使用して、これらのセンサーを再設計しました。結果？クライアント テストでは、SF6 の誤った測定値が 89% 減少しました。このノイズ軽減を統合した専用システムをお探しの場合は、弊社のSf6 ガス監視システムGIS 環境専用に設計されています。

次に、部分放電 (PD) の監視です。PD 自体は高電圧のバックグラウンド ノイズに隠れた小さな電気信号 (ナノアンペア、ピコクーロン) であるため、これが EMI 干渉が最も深刻な問題となります。私たちはかつてテキサス州のクライアントをサポートしましたが、そのクライアントでは、センサーが変電所の 50 kA の過渡電流を考慮していなかったために、専用ではない PD 監視システムが 230 kV GIS ベイの重要な内部 PD を見逃していました。この障害により最終的に 4 時間の停止が発生し、電力会社は 200 万ドルの収益損失を被りました。その経験が私たちの構築の原動力となりました。GIS用オンライン部分放電監視システムこれは 2 つの EMI 除去層を使用します。1 つは、金属シールドを備えた高周波電流変換器 (HFCT) で、GIS の接地された筐体に直接取り付けられ、PD 信号を外部ノイズから分離します。 2 つ目は、タイムスタンプ付きの PD 読み取り値と変電所のイベント ログ (ブレーカーの動作、避雷器の作動) を相互参照して、一時的な EMI スパイクを除去する独自のアルゴリズムです。テキサス州のクライアントによる追跡テストでは、システムは他の障害の兆候が現れる 12 か月前に内部 PD を検出し、変電所の切り替えイベントによる誤報はゼロでした。

避雷器ももう 1 つの重要な GIS コンポーネントであり、その監視 (残留電流と漏れ電流) も EMI に対して脆弱です。変電所に落雷が発生すると、避雷器が電流をそらして、漏れ電流の測定値を歪める可能性のある大量の EMI を生成します。私たちは、クライアントが一般的な漏洩電流センサーを使用していて、嵐の際には実際の値の 5 倍の値を読み取るため、不必要な避雷器の交換につながっているのを見てきました。私たちの避雷器の監視このシステムは、磁気シールドを備えたロゴスキー コイルを使用して雷周波数 EMI を減衰し、外部 RF ノイズをブロックする耐候性エンクロージャと組み合わせています。フロリダ州のある顧客は、カテゴリー 2 の嵐の間、当社の避雷器監視システムは 98% のデータ精度を維持したが、近隣の電力会社の一般的なシステムでは 70% のデータ損失があったと報告しました。それが、EMI耐性設計と事後修正の違いです。

ここで、EMI の影響を完全に排除する方法はあるのかと疑問に思われるかもしれません。簡単な答えは「ノー」です。変電所には常に電気ノイズが発生しますが、最新の GIS オンライン状態監視を設計することで効果的にノイズを軽減できます。重要なのは、単に監視システムを購入することではありません。それはデザインされたものを選ぶことですGIS環境向け、工業用または低電圧設定から再利用されていません。

懐疑的な資産運用会社からよく聞かれる通説について考えてみましょう。誤解 1: 「光ファイバー ケーブルを敷けば EMI がなくなるので、シールドされた銅線の代わりにファイバーを配線すればよい。」ファイバーは電気 EMI の影響を受けませんが、周囲の光や変電所の熱による光ノイズを拾う可能性があり、改修された GIS (金属エンクロージャに穴を開けなければならない場合) に設置するのはより高価です。センサー通信用のシールド銅線とバックホール用のファイバーを混在させている当社のお客様は、低コスト、高いノイズ除去、信頼性の高い長距離データという両方の長所を得ることができます。誤解 2: 「EMI は有線システムにのみ影響するため、無線モニタリングの方が優れています。」ワイヤレス システム (LoRa や Wi-Fi など) は、近くの送信機や変電所制御機器からの RF EMI の影響を受けやすく、過渡現象が発生するとデータ パケットが破損する可能性があります。無線と有線の両方のオプションをテストしたところ、有線の EMI 対策システムは、ピークのスイッチング動作時であっても、変電所環境でのデータ可用性が 12% 高いことがわかりました。

過去 5 年間で、当社の顧客ベースは主に口コミによって 35% 増加しました。カナダのある大手電力会社は、3 つの異なる汎用監視システムから当社の完全な GIS オンライン状態監視スイートに切り替え、次のように報告しました。「以前は、誤った警告の検証に週に 10 時間を費やしていましたが、現在は 1 時間未満で、この春に停止を引き起こす可能性がある GIS の欠陥を発見しました。」これが、監視で EMI に対処することの本当の成果です。正確で実用的なデータが得られるため、障害に対応するのではなく、メンテナンスの計画を立てることができます。

現在、GIS オンライン状態監視で EMI 関連の問題が発生している場合、または高ノイズの変電所環境用に構築されたシステムへのアップグレードを検討している場合は、喜んでソリューションをご案内します。当社のエンジニアリング チームは、110 kV ～ 500 kV の GIS 設置の現場経験があり、変電所のレイアウトに合わせたカスタムの騒音軽減計画を提供できます。ターゲットを絞った SF6 モニタリング、包括的な PD 検出、または避雷器追跡が必要な場合でも、当社のソリューションは、最も EMI の多い環境でも機能するように設計されています。特殊な SF6 ガスおよび部分放電監視ツールを含む、当社の専用システムの詳細については、当社のオンライン リソースを参照するか、当社の営業チームにお問い合わせいただき、お客様の特定のニーズについてご相談ください。私たちは、信頼性の高い監視データをグリッドのパフォーマンスの具体的な改善に変えるお手伝いをします。

参考文献

1. IEEE Std C37.122.1-2018、「高電圧電力システム用のガス絶縁変電所 (GIS) に関する IEEE ガイド」
2. Wang, Y. 他（2021年）。 「GIS 変電所における部分放電監視のための電磁干渉の軽減」 IEEE Transactions on Power Delivery、vol. 36、いいえ。 4、1897-1905ページ。
3. 国際大規模電気システム評議会 (CIGRE) ワーキンググループ A3.26。 （2019年）。 「ガス絶縁開閉装置の状態監視: EMI 耐性のベスト プラクティス」。 CIGRE パンフレット 762。
4. 米国標準局 (ABS)。 （2022年）。 「高圧変電所のオンライン状態監視に関するガイドライン」。