1. État actuel et insuffisances des moniteurs en ligne
Actuellement, les moniteurs en ligne sont les outils les plus couramment utilisés pour la surveillance des parafoudres. Bien qu'ils puissent détecter des défauts potentiels, ils présentent des limites importantes : l'enregistrement manuel des données sur place est nécessaire, excluant la surveillance en temps réel ; et l'analyse des données après collecte ajoute à la complexité opérationnelle. La surveillance intelligente basée sur l'IoT surmonte ces problèmes - les données collectées sont transmises via l'IoT vers des plateformes de traitement, et combinées avec l'analyse de big data, elles identifient les dangers cachés et fournissent des alertes précoce, réduisant efficacement la difficulté de l'exploitation et de la maintenance du réseau électrique.
1.1 Défauts des moniteurs en ligne actuels
En tant que méthode de surveillance centrale pour les parafoudres, les moniteurs en ligne exposent plusieurs problèmes dans leur application :
Mauvaise adaptabilité environnementale : La plupart des parafoudres sont installés en extérieur, et une exposition prolongée laisse les moniteurs vulnérables au vieillissement des cadrans et à la défaillance des joints, causant des dommages aux appareils et empêchant l'observation des données.
Pannes des composants mécaniques : Les ampèremètres utilisent principalement des pointeurs mécaniques - la déformation thermique ou le blocage mécanique peuvent causer un blocage de l'aiguille, affichant un courant de fuite incorrect. Les compteurs d'action avec des structures mécaniques se bloquent également facilement, affectant la précision du comptage.
Opération et maintenance dépendantes de l'homme : L'enregistrement sur place des temps de décharge et du courant de fuite par le personnel d'exploitation et de maintenance est nécessaire ; des scénarios spéciaux (zones inaccessibles) nécessitent des télescopes ou des drones, réduisant l'efficacité.
Difficulté d'identification des données : En raison de la qualité des moniteurs, le personnel d'exploitation et de maintenance a du mal à juger efficacement de l'état de l'équipement à partir des données affichées.
2. Tendances de développement de la surveillance intelligente pour les parafoudres
Pour résoudre les problèmes des moniteurs en ligne, en s'appuyant sur l'Internet des objets et la fabrication intelligente, la surveillance intelligente évoluera dans trois directions :
2.1 Méthode de transmission : Filaire → Sans fil
La surveillance intelligente actuelle repose principalement sur des connexions filaires RS485, adaptées uniquement à des scénarios spécifiques comme les postes de transformation. Pour les lignes et les zones éloignées, la distance de transmission est une contrainte. Les technologies sans fil telles que LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things) et GPRS offrent une large couverture et une faible consommation d'énergie. En particulier, LoRa et NB-IoT, en tant que technologies IoT émergentes, auront des applications plus larges à l'avenir.
2.2 Méthode d'alimentation : Active → Passive
Actuellement, la surveillance intelligente dépend de l'alimentation DC externe. À l'avenir, elle évoluera vers une alimentation passive pour une opération verte et à faible consommation. L'utilisation de l'énergie issue du courant de fuite du parafoudre, des panneaux solaires ou des batteries intégrées est possible - l'utilisation du courant de fuite pour le stockage d'énergie est la plus avantageuse, évitant les problèmes tels qu'une radiation solaire insuffisante et des remplacements fréquents de batteries.
2.3 Méthode d'installation : Externe → Interne
La surveillance intelligente actuelle est principalement externe - bien qu'elle ne soit pas limitée par la taille et soit facile à remplacer, elle est vulnérable aux influences environnementales. L'installation interne nécessite une intégration dans la cavité du parafoudre, demandant des tailles plus petites et faisant face à des barrières techniques. Cependant, elle élimine les impacts environnementaux externes, assurant une meilleure stabilité à long terme.
3. Directions élargies de la surveillance pour les parafoudres
Sur la base des modes et mécanismes de défaillance, les unités de surveillance intelligente se concentreront sur quatre dimensions :
3.1 Surveillance de la pression
Pour les parafoudres en porcelaine de 35 kV et plus, la détection de fuites par spectrométrie de masse de l'hélium et le remplissage en azote de haute pureté (technologie de micro-pression positive) sont utilisés pendant la fabrication pour prévenir l'intrusion d'humidité et améliorer l'isolation. Cependant, l'opération à long terme cause le vieillissement des joints, la fuite d'azote et l'intrusion d'humidité, pouvant conduire à des explosions. Les unités de surveillance intelligente surveillent la pression interne en temps réel ; le téléchargement des données et l'analyse sur la plateforme permettent des alertes précoce pour un remplacement et une réparation opportuns.
3.2 Surveillance de la température et de l'humidité
Pour les parafoudres avec tubes d'isolation/tôles en porcelaine et air interne, l'assemblage nécessite un contrôle strict de la température et de l'humidité. Les unités intelligentes surveillent les conditions internes, téléversent les données régulièrement et déclenchent des alarmes lorsque les limites sont dépassées, permettant une maintenance proactive.
3.3 Surveillance du courant de fuite et du courant résistif
Ces courants sont des indicateurs clés de la performance des parafoudres. L'opération à long terme, les environnements externes et la pollution des isolateurs causent le vieillissement des résistances et la défaillance des joints, augmentant les courants. La surveillance des tendances de courant aide à détecter les dangers cachés et à prévenir les accidents.
3.4 Surveillance du courant de décharge impulsionnel
La collecte des temps de décharge, des amplitudes de courant et des temps d'action soutient la planification de l'exploitation et de la maintenance ainsi que l'analyse des pannes.
4. Directions de percée technique pour la surveillance intelligente
La surveillance intelligente externe émerge (non limitée par l'espace, hautement compatible), mais la surveillance interne est encore à ses balbutiements, faisant face à trois défis techniques :
4.1 Optimisation de la récupération d'énergie
La surveillance interne repose sur le courant de fuite du parafoudre pour l'énergie, mais les petits courants entravent la transmission en temps réel. La combinaison de la récupération du courant de fuite avec des batteries intégrées raccourcit les cycles de transmission de données, équilibrant l'approvisionnement en énergie et le transfert de données.
4.2 Amélioration de la transmission de signaux
L'intégration interne expose les moniteurs à l'atténuation/dissimulation des signaux par les parafoudres et les composants ; les champs électriques à haute tension interfèrent également. Les signaux doivent être optimisés pour une meilleure pénétration et une meilleure résistance aux interférences électromagnétiques.
4.3 Vérification de la durée de vie et fiabilité
La surveillance interne est difficile à remplacer ; les parafoudres nécessitent une durée de conception de 30 ans (plus de 20 ans en pratique). La durée de vie des unités de surveillance doit correspondre, et la chaleur des actions du parafoudre ne doit pas affecter la fiabilité du module.
5. Applications actuelles de la surveillance intelligente
La surveillance intelligente reste à l'étape pilote, principalement appliquée dans des projets de démonstration de l'énergie électrique et ferroviaire (par exemple, la sous-station de traction intelligente de Xiongan, la sous-station intelligente de Yan'an 750 kV et les stations de conversion UHV DC). Les essais pilotes vérifient la faisabilité technique, avec des parafoudres surveillés intelligemment répondant aux attentes de performance.
6. Conclusion
La surveillance intelligente permet un suivi en temps réel de l'état en ligne, améliorant la précision de l'identification des risques et réduisant la difficulté de l'exploitation et de la maintenance. Malgré les défis techniques restants, alignée sur les tendances intelligentes, vertes et écologiques, elle remplacera progressivement les moniteurs en ligne traditionnels. Son adoption généralisée dans les systèmes d'énergie électrique et ferroviaire renforcera la sécurité du réseau et soutiendra le développement durable de l'énergie.
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