چه تحقیقاتی درباره سیستم نظارت هوشمند برای وضعیت عملکرد دیسکانکتورهای فشار قوی انجام شده است

1. مقدمه

مפסקهای فشار قوی (HVDs)، به ویژه مدل‌های 145kV، برای امنیت شبکه برق در اندونزی که آب و هوای گرمسیری و زمین‌شناسی پیچیده دارد، بسیار حیاتی هستند. این مقاله سیستم نظارت هوشمند (IMS) را معرفی می‌کند که برای مقابله با این چالش‌ها طراحی شده است، با توجه به محافظت محیطی IP66 و منطبق با IEC 60068 - 3 - 3. این سیستم از شبکه‌های حسگر، تحلیل داده‌ها و کنترل دوردست برای افزایش قابلیت اطمینان 145kV HVDs در محیط پیچیده اندونزی استفاده می‌کند.

2. چالش‌های عملیاتی 145kV HVDs در اندونزی
2.1 فشارهای محیطی

• آب و هوای گرمسیری: رطوبت متوسط بیش از 85% در جاوا و بالی تجزیه سریع‌تر قطعات مפסק را افزایش می‌دهد، در حالی که دمای تا 38 درجه سانتیگراد در سوماترا عمر عایق‌ها را کاهش می‌دهد.

• خطرات طبیعی: باران‌های موسمی (1,500-4,000 میلی‌متر بارش سالانه) و بوته‌های نمکی در مناطق ساحلی (مانند خلیج جاکارتا) موجب نشتی در پوشش‌های IP66 می‌شود، با مפסק‌های غیرمنطبق نرخ شکست 30% بیشتر (گزارش PLN 2024).

• پیچیدگی شبکه: نصب‌های دوردست در پاپوآ و سولاویسی بدون نظارت زنده، موجب میانگین زمان توقف 72 ساعت برای نگهداری می‌شود.

2.2 محدودیت‌های فنی مפסק‌های سنتی HVDs

• نقاط ضعف بازرسی دستی: بررسی‌های بصری برای سایش تماس و آسیب به عایق در مפסק‌های 145kV نیاز به حضور فیزیکی دارد، که هزینه سالانه 12 میلیون دلار در اندونزی (گزارش IEA 2023) را می‌برد.

• نگهداری واکنشی: مפסק‌های سنتی HVDs به تعمیرات پس از شکست متکی هستند، با 45% از توقف‌های مפסק 145kV در اندونزی به دلیل تشخیص تأخیری مقاومت تماس.

3. معماری سیستم نظارت هوشمند
3.1 طراحی شبکه حسگر
3.1.1 حسگر چندپارامتری

• حسگر دما: نصب حسگرهای PT1000 روی تماس‌های مפסק 145kV، با محدوده اندازه‌گیری -50 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد (دقت ±0.5 درجه سانتیگراد) برای تشخیص گرم شدن بیش از 70 درجه سانتیگراد (حد آستانه IEC 60694).

• نظارت بر مقاومت تماس: استفاده از اهم‌سنج‌های مقاومت کم با جریان 100A (دقت 1μΩ) برای ردیابی انحراف‌ها از خط پایه (کمتر از 50μΩ برای تماس‌های جدید)، مانند موردی در سمارانگ در سال 2024 که خواندن 180μΩ قبل از شکست مפסק بود.

• تجزیه و تحلیل لرزش: شتاب‌سنج‌ها (محدوده ±50g، حساسیت 100mV/g) فشار مکانیکی روی مکانیزم‌های عملیاتی را نظارت می‌کنند، با حد آستانه 2.5 mm/s برای هشدار از سایش دندانه.

3.1.2 حسگرهای محیطی

• بررسی‌های تمامیت IP66: حسگرهای مقاوم در برابر رطوبت داخل پوشش‌های مפסק رطوبت بیش از 70% و تفاوت دما بیش از 15 درجه سانتیگراد را اندازه‌گیری می‌کنند، با فعال کردن هشدار برای تخریب احتمالی پوشش.

• تشخیص نفوذ گرد و آب: شمارش‌گرهای ذرات نوری (دقت 0.3μm) و حسگرهای آب ظرفیتی مطابق با استانداردهای محافظت از گرد و پاشش آب IP66 را تضمین می‌کنند.

3.2 جمع‌آوری و انتقال داده‌ها

• گره‌های محاسبات لبه‌ای: گیت‌های صنعتی (منطبق با IEC 61850) داده‌های خام حسگر را پردازش می‌کنند، با کاهش مصرف پهنای باند 60% از طریق فیلترسازی لبه‌ای (مانند ارسال فقط انحرافات بیش از 5% حد آستانه).

• ارتباط بی‌سیم: در مناطق دوردست اندونزی (مانند پاپوآ)، ماژول‌های LTE-M (3GPP Release 13) اتصال وسیع مساحت با مصرف کم انرژی با قابلیت اطمینان 99.9% فراهم می‌کنند، در حالی که زیرمراکز شهری از 5G برای کنترل با تاخیر زیر 100ms استفاده می‌کنند.

4. قابلیت‌ها و نوآوری‌های سیستم
4.1 ارزیابی وضعیت زنده
4.1.1 مدل‌های پیش‌بینی خرابی

• الگوریتم‌های یادگیری ماشین: طبقه‌بندی‌های جنگل تصادفی آموزش دیده بر روی 100,000+ نقطه داده تاریخی از شبکه 145kV اندونزی با دقت 92% سایش تماس را پیش‌بینی می‌کنند. به عنوان مثال، آزمایشی در بالی در سال 2024 توقف‌های غیرمنتظره را 75% کاهش داد.

• تجزیه و تحلیل ترکیب حرارتی-برقی: مدل‌های المان محدود گرمایش در مפסק‌های 145kV تحت بار را شبیه‌سازی می‌کنند، نقاط داغ را قبل از اینکه حد تحمل حرارتی IEC 60068 - 3 - 3 را تجاوز کنند شناسایی می‌کنند.

4.1.2 داشبورد بصری

• رابط یکپارچه GIS: وضعیت مפסק‌های 145kV در سراسر آرکیپلگ اندونزی را نمایش می‌دهد، با شاخص‌های سلامت رنگی (سبز/طلایی/قرمز) و اطلاعات هواشناسی زنده (مانند ردیابی موسم در جاوا).

4.2 کنترل دوردست و خودکارسازی

• یکپارچه‌سازی شبکه هوشمند: IMS با سیستم‌های SCADA برای خودکارسازی جدا کردن مפסק‌های 145kV معیوب ادغام می‌شود. در آزمایشی در سوماترا در سال 2023، سیستم یک خطا کوتاه مداری را تشخیص داد و مפסק را در 150ms باز کرد، که از خروجی پی در پی جلوگیری کرد.

• کنترل اپلیکیشن موبایل: فنی‌های میدانی از برنامه‌های Android (سازگار با تبلت‌های IP66) برای غلبه بر عملیات دستی استفاده می‌کنند، با احراز هویت بیومتریک برای امنیت در زیرمراکز مهم جاکارتا.

5. مطابقت و اعتبارسنجی
5.1 آزمایش‌های محیطی

• گواهی IP66: پوشش IMS آزمایش ISO 16232 - 18 را می‌گذراند، با تحمل 80 mbar جت آب برای 30 دقیقه و مواجهه با گرد (2kg/m³) برای 8 ساعت، مطابق با نیازهای IEC 60068 - 3 - 3 برای آب و هوای گرمسیری.

• چرخه دما و رطوبت: کمره‌ها تغییرات دما و رطوبت روزانه اندونزی (25-38 درجه سانتیگراد و 60-95% رطوبت) را شبیه‌سازی می‌کنند، با تضمین دقت حسگرها در 10,000 چرخه.

5.2 آزمایش‌های میدانی در اندونزی

6. تأثیرات اقتصادی و فنی
6.1 تحلیل هزینه-سود

• محاسبه ROI: برای یک زیرمرکز 145kV معمولی در اندونزی، IMS (هزینه اولیه 250,000 دلار) 1.2 میلیون دلار صرفه‌جویی در 5 سال از طریق:

• کاهش 70% در هزینه کار نگهداری

• کاهش 85% در هزینه جایگزینی تجهیزات

• کاهش 90% در هزینه‌های توقف

6.2 پیشرفت‌های فنی

• جمع‌آوری انرژی: در شبکه‌های دوردست سولاویسی، گره‌های حسگر توسط خورشید (کارایی 18%) تأمین می‌شوند، که نیاز به تعویض باتری را حذف می‌کند و با اهداف انرژی‌های تجدیدپذیر اندونزی همخوانی دارد.

• امنیت سایبری: ثبت داده‌ها بر اساس بلاکچین (Hyperledger Fabric) ضمانت می‌کند که رکوردهای نگهداری غیرقابل تحریف باشند، مطابق با مقرریت امنیت سایبری PLN در سال 2024.

7. توسعه‌های آینده

• نگهداری پیش‌بینی‌ای مبتنی بر AI: یکپارچه‌سازی یادگیری عمیق برای تشخیص ناهماهنگی در ارتعاشات مפסק 145kV، با آزمایش‌های برنامه‌ریزی شده در مبارزه هوشمند شبکه جاوا در سال 2025.

• کنترل بهبود یافته با 5G: شبکه‌های 5G با تاخیر پایین (ITU-T G.8011.1) از عملیات همکاری زنده برای مפסק‌های 145kV در جزایر اندونزی تا سال 2026 امکان‌پذیر می‌کنند.

8. نتیجه‌گیری

سیستم نظارت هوشمند برای مפסק‌های 145kV فشار قوی چالش‌های عملیاتی منحصر به فرد اندونزی را با ادغام محافظت محیطی IP66، مطابقت با IEC 60068 - 3 - 3 و تحلیل‌های پیشرفته حل می‌کند. آزمایش‌های میدانی نشان می‌دهند که این سیستم توانایی تبدیل نگهداری مפסק‌های HVD از واکنشی به پیش‌بینی‌ای را دارد، که هدف اندونزی از یک شبکه برق هوشمند و مقاوم را پشتیبانی می‌کند. با افزایش انرژی‌های تجدیدپذیر و گسترش شبکه 145kV، IMS نقش کلیدی در تضمین عملکرد قابل اعتماد و اقتصادی زیرساخت‌های فشار قوی خواهد داشت.