طراحی و شبیه سازی سامانه پایش وضعیت و تشخیص پیشگیرانه خرابی کلیدهای سریع DC در شبکه مترو

کلیدهای سریع جریان مستقیم یا HSCB از مهم ترین تجهیزات حفاظتی در شبکه های تغذیه DC سامانه های مترو محسوب می شوند و وظ یفه اصلی آن ها، عبور جریان بار در شرایط عادی و قطع سریع جریان های غیرمجاز و اتصال کوتاه در شرایط خطا است. قابلیت اطمینان این کلیدها تاثیر مستقیمی بر تداوم تغذیه قطارها، ایمنی تجهیزات پست کشش و پایداری بهره برداری شبکه دارد. از آنجا که خرابی بسیاری از اجزای HSCB به صورت ناگهانی رخ نمی دهد و معمولا با تغییر تدریجی پارامترهای الکتریکی، حرارتی و عملکردی همراه است، پایش وضعیت و تشخیص پیشگیرانه می تواند پیش از وقوع خرابی کامل، وضعیت نامطلوب تجهیز را شناسایی کند.در این مقاله، یک سامانه پایش وضعیت و تشخیص پیشگیرانه خرابی کلیدهای سریع DC در شبکه مترو طراحی و در محیط MATLAB/Simulink شبیه سازی شده است. در مدل پیشنهادی، پارامترهای جریان عبوری، ولتاژ دو سر کلید، مقاومت تماسی، دمای کنتاکت، تعداد عملیات قطع و وصل، زمان عملکرد کلید و نرخ تغییرات جریان به عنوان شاخص های اصلی وضعیت تجهیز در نظر گرفته شده اند. ابتدا ساختار شبکه تغذیه DC مترو و جایگاه HSCB معرفی شده و سپس مهم ترین حالت های خرابی شامل افزایش مقاومت تماسی، فرسودگی کنتاکت، افزایش زمان عملکرد، گرم شدن غیرعادی و کاهش کیفیت عملکرد مکانیزم قطع بررسی شده اند.برای ارزیابی وضعیت تجهیز، یک شاخص سلامت چندپارامتری با عنوان Health Index یا HI تعریف شده است که وضعیت کلید را بر اساس ترکیبی از پارامترهای الکتریکی، حرارتی و عملیاتی به چهار محدوده سالم، هشدار، نیازمند تعمیر و بحرانی تقسیم می کند. همچنین با استفاده از روند تغییرات شاخص سلامت، امکان تشخیص پیشگیرانه و تخمین روند کاهش قابلیت اطمینان HSCB فراهم شده است.در شبیه سازی، شبکه DC با ولتاژ نامی ۱۵۰۰ ولت و جریان کاری مرجع ۳۰۰۰ آمپر مدل شده و چهار وضعیت شامل کلید سالم، فرسودگی اولیه، فرسودگی متوسط و وضعیت بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که افزایش مقاومت تماسی و دمای کنتاکت، همراه با افزایش زمان عملکرد و تغییر شکل پاسخ جریان، می تواند به عنوان نشانه های اولیه کاهش سلامت HSCB مورد استفاده قرار گیرد. در شرایط سالم، شاخص سلامت در محدوده مطلوب قرار دارد، در حالی که با افزایش تدریجی پارامترهای خرابی، شاخص سلامت کاهش یافته و سامانه پایش پیش از رسیدن تجهیز به وضعیت بحرانی، هشدار تعمیر صادر می کند.نتایج نشان می دهد که استفاده از روش چندپارامتری نسبت به پایش یک متغیر منفرد، توانایی بیشتری در تشخیص زودهنگام خرابی دارد. بر این اساس، ترکیب اندازه گیری مقاومت تماسی، دما، جریان، زمان عملکرد و تعداد عملیات با یک شاخص سلامت می تواند مبنای مناسبی برای حرکت از تعمیرات دوره ای به سمت تعمیرات مبتنی بر وضعیت در پست های کشش مترو باشد.

کلیدواژه ها:

کلید سریع DC ، HSCB ، پایش وضعیت ، تشخیص خرابی ، نگهداری پیشگویانه ، شاخص سلامت ، قابلیت