高速鉄道の重要な高電圧変圧器およびスイッチギアの実時間、非破壊的な検査と早期故障検出を可能にするプラットフォームの開発

Основні поняття

高速鉄道の重要な高電圧変圧器およびスイッチギアの部分放電を実時間かつ非破壊的に検出し、早期に故障を発見するためのプラットフォームを開発した。

Анотація

本研究では、高速鉄道インフラの重要な高電圧変圧器およびスイッチギアの部分放電(PD)を検出し、監視するための高度なプラットフォームを開発した。

• 100MHz~2500MHzの広範囲の周波数帯域をカバーするため、単一のアンテナを使用して中間周波数(IF)変調を用いて段階的にスペクトルをスキャンする。
• 検出したPD信号の生データ(I/Qデータ)とスペクトル情報を記録し、クラウドサーバーに自動的にアップロードする。
• スマートフォンアプリを通じて遠隔からリアルタイムでPD監視が可能で、新しいPD検出時にはアラート通知が送信される。
• 実験室での評価では、単一のPD信号や複数のPD信号を正確に検出・記録できることを確認した。
• このシステムにより、高速鉄道インフラの信頼性と安全性が大幅に向上する。

Статистика

部分放電は高電圧変圧器や遮断器の85%の故障の原因となる。
部分放電は300MHz~1500MHzの周波数帯域で無線周波数(RF)信号を発生する。
データ取得システムには最低3GHzのサンプリングレートが必要。

Цитати

"部分放電は、固体または液体の電気絶縁システムの一部の局所的な誘電体破壊であり、高電圧ストレスの下で発生する。"
"部分放電は、変圧器の絶縁破壊や遮断器の表面トラッキングと放電を引き起こし、設備の故障や火災の危険性をもたらす。"

Ключові висновки, отримані з

Development of a Platform to Enable Real Time, Non-disruptive Testing and Early Fault Detection of Critical High Voltage Transformers and Switchgears in High Speed-rail

by Jiawei Fan, ... о arxiv.org 10-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.01087.pdf

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高速鉄道以外の分野でも本システムを応用できる可能性はあるか?

本システムは、高速鉄道の高電圧トランスやスイッチギアにおける部分放電（PD）のリアルタイム、非接触型検出を目的として開発されていますが、その技術は他の多くの分野にも応用可能です。例えば、電力供給インフラ、風力発電所、太陽光発電システム、さらには製造業における高電圧機器の監視などが考えられます。特に、電力業界では、トランスフォーマーやスイッチギアの故障が大きな経済的損失を引き起こすため、PDの早期検出は非常に重要です。また、航空宇宙や自動車産業においても、高電圧システムの信頼性を向上させるために本システムの技術を活用することができるでしょう。これにより、様々な産業における安全性と効率性を向上させることが期待されます。

本システムの検出精度を向上させるためにはどのような改善策が考えられるか?

本システムの検出精度を向上させるためには、いくつかの改善策が考えられます。まず、RFアンテナの性能を向上させることが重要です。特に、より広い周波数帯域をカバーできる高感度のアンテナを使用することで、微弱なPD信号をより効果的に検出できるようになります。また、データ取得システム（DAS）のサンプリングレートをさらに向上させることで、より詳細な信号解析が可能となり、PDイベントの検出精度が向上します。さらに、機械学習アルゴリズムを導入し、過去のデータを基にPDのパターンを学習させることで、異常検知の精度を高めることも考えられます。最後に、環境ノイズの影響を最小限に抑えるためのフィルタリング技術を強化することも、検出精度の向上に寄与するでしょう。

本システムの導入コストや運用コストを削減するための方策はあるか?

本システムの導入コストや運用コストを削減するためには、いくつかの戦略が考えられます。まず、ハードウェアの標準化を進めることで、コストを削減できます。特に、一般的に使用される部品やモジュールを採用することで、製造コストを抑えることが可能です。また、クラウドベースのデータ管理を活用することで、物理的なストレージやメンテナンスコストを削減できます。さらに、システムの自動化を進めることで、運用にかかる人件費を削減し、効率的な運用が実現できます。最後に、定期的なメンテナンスやアップグレードを計画的に行うことで、長期的な運用コストを抑えることができ、システムの信頼性を維持することが可能です。