1. مقدمه
سوئیچ‌های قطع کننده ولتاژ بالا (HVDs)، به ویژه مدل‌های 145kV، برای امنیت شبکه برق در اندونزی که آب و هوای استوایی و زمین‌شناسی پیچیده چالش‌های عملیاتی منحصر به فردی دارد، حیاتی هستند. این مقاله یک سیستم نظارت هوشمند (IMS) را معرفی می‌کند که برای مقابله با این چالش‌ها طراحی شده است، با محافظت محیطی IP66 و مطابقت با IEC 60068 - 3 - 3. این سیستم از شبکه‌های حسگر، تحلیل داده‌ها و کنترل دوردست برای افزایش قابلیت اطمینان HVDs 145kV در محیط پیچیده اندونزی استفاده می‌کند.
2. چالش‌های عملیاتی HVDs 145kV در اندونزی
2.1 عوامل محیطی
آب و هوای استوایی: رطوبت متوسط بیش از 85% در جاوه و بالی تسریع در فرسودگی اجزای سوئیچ را موجب می‌شود، در حالی که دماهای تا 38 درجه سانتیگراد در سوماترا عمر عایق‌ها را کاهش می‌دهد.
خطرات طبیعی: باران‌های موسمی (1,500 تا 4,000 میلی‌متر بارش سالانه) و میزان نمک در مناطق ساحلی (مانند خلیج جاکارتا) موجب تخریب پوشش‌های IP66 می‌شوند، با سوئیچ‌های غیر مطابق نشان‌دهنده 30٪ نرخ خرابی بالاتر (گزارش PLN 2024).
پیچیدگی شبکه: نصب‌های دورافتاده در پاپوآ و سولاووسی به دلیل عدم وجود نظارت به صورت زنده، میانگین زمان خاموشی 72 ساعت برای تعمیرات را موجب می‌شود.
2.2 محدودیت‌های فنی سوئیچ‌های HVDs سنتی
بطرز کمربندی بازرسی دستی: بررسی‌های بصری برای سایش تماس و آسیب به عایق در سوئیچ‌های 145kV نیاز به حضور فیزیکی دارد، که هزینه‌های کاری اندونزی را $12 میلیون در سال (گزارش IEA 2023) می‌کاهد.
نگهداری واکنشی: سوئیچ‌های HVDs سنتی به تعمیرات پس از خرابی متکی هستند، با 45٪ خاموشی‌های سوئیچ 145kV در اندونزی به دلیل تشخیص دیرهنگام ناهماهنگی مقاومت تماس.
3. معماری سیستم نظارت هوشمند
3.1 طراحی شبکه حسگر
3.1.1 حسگر چند پارامتری
حسگر دما: نصب حسگرهای PT1000 روی تماس‌های سوئیچ 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 پایین 100A (دقت 1μΩ) برای ردیابی انحرافات از خط پایه (کمتر از 50μΩ برای تماس‌های جدید)، مانند مورد سمارات در 2024 که خواندن 180μΩ قبل از خرابی سوئیچ مشاهده شد.
تجزیه و تحلیل لرزش: شتاب‌سنج‌ها (محدوده ±50g، حساسیت 100mV/g) فشار مکانیکی بر روی مکانیزم‌های عملیاتی را نظارت می‌کنند، با حد آستانه 2.5 mm/s برای هشدار از سایش دنده.
3.1.2 حسگرهای محیطی
بررسی‌های تمامیت IP66: سوندهای مقاوم در برابر رطوبت داخل جعبه‌های سوئیچ رطوبت بیش از 70٪ و تفاوت دما بیش از 15 درجه سانتیگراد را اندازه‌گیری می‌کنند، با فعال کردن هشدار برای تخریب احتمالی پوشش.
تشخیص ورود گرد و آب: شمارنده‌های ذرات نوری (دقت 0.3μm) و حسگرهای ظرفیتی آب مطابقت با استانداردهای محافظت از گرد و جت آب IP66 را تضمین می‌کنند.
3.2 جمع‌آوری و انتقال داده
گره‌های محاسبات لبه‌ای: دروازه‌های صنعتی (مطابق با IEC 61850) داده‌های خام حسگر را پردازش می‌کنند، با کاهش مصرف پهنای باند 60٪ از طریق فیلترسازی لبه‌ای (مثلاً فقط انتقال انحرافات بیش از 5٪ حد آستانه).
ارتباط بی‌سیم: در مناطق دورافتاده اندونزی (مانند پاپوآ)، ماژول‌های LTE-M (3GPP Release 13) اتصال پهنای باند گسترده با مصرف انرژی پایین و قابلیت اطمینان 99.9٪ را فراهم می‌کنند، در حالی که زیرمراکز شهری از 5G برای کنترل با پهنای باند زیر 100ms استفاده می‌کنند.
4. عملکرد و نوآوری‌های سیستم
4.1 ارزیابی بهداشت به صورت زنده
4.1.1 مدل‌های پیش‌بینی خرابی
الگوریتم‌های یادگیری ماشین: طبقه‌بندی‌کننده‌های جنگل تصادفی آموزش دیده بر 100,000+ نقطه داده تاریخی از شبکه 145kV اندونزی با دقت 92٪ فرسودگی تماس را پیش‌بینی می‌کنند. به عنوان مثال، آزمایش 2024 در بالی خرابی‌های غیرمنتظره را 75٪ کاهش داد.
تجزیه و تحلیل ترکیب حرارتی-الکتریکی: مدل‌های المان محدود انتقال حرارت در سوئیچ‌های 145kV تحت بار را شبیه‌سازی می‌کنند، نقاط داغ را قبل از اینکه از حد تحمل حرارتی IEC 60068 - 3 - 3 فراتر بروند شناسایی می‌کنند.
4.1.2 داشبورد تصویرسازی
4.2 کنترل دوردست و اتوماتیک
یکپارچه‌سازی شبکه هوشمند: IMS با سیستم‌های SCADA برای خودکارسازی جدا کردن سوئیچ‌های 145kV خراب ارتباط برقرار می‌کند. در آزمایش 2023 در سوماترا، سیستم خرابی کوتاه مدار را تشخیص داد و سوئیچ را در 150ms به صورت دوردست باز کرد، جلوگیری از خاموشی‌های پی‌در‌پی را محقق کرد.
کنترل اپلیکیشن موبایل: فنی‌های میدانی از برنامه‌های Android (سازگار با تبلت‌های IP66) برای مداخله در عملیات دستی استفاده می‌کنند، با احراز هویت بیومتریک برای امنیت در زیرمراکز حیاتی جاکارتا.
5. مطابقت و اعتبارسنجی
5.1 آزمایش‌های محیطی
گواهینامه IP66: جعبه IMS تحت آزمون ISO 16232 - 18 قرار می‌گیرد، با مقاومت در برابر جت‌های آب 80 mbar برای 30 دقیقه و نمک‌های 2kg/m³ برای 8 ساعت، مطابق با نیازهای IEC 60068 - 3 - 3 برای آب و هوای استوایی.
دوره‌های گرم و مرطوب: کمره‌ها تغییرات دما و رطوبت روزانه اندونزی (25 تا 38 درجه سانتیگراد و 60 تا 95٪ رطوبت) را شبیه‌سازی می‌کنند، با اطمینان از دقت حسگرها در 10,000 دوره.
5.2 آزمایش‌های میدانی در اندونزی
6. تأثیرات اقتصادی و فنی
6.1 تحلیل هزینه-سود
6.2 پیشرفت‌های فنی
استخراج انرژی: در شبکه‌های دورافتاده سولاووسی، گره‌های حسگر توسط انرژی خورشیدی (کارایی 18٪) تغذیه می‌شوند، بدون نیاز به تعویض باتری، مطابق با اهداف انرژی‌های تجدیدپذیر اندونزی.
امنیت سایبری: ثبت داده‌ها با استفاده از بلاکچین (Hyperledger Fabric) ضمانت می‌کند که رکوردهای نگهداری تحریف‌ناپذیر باشند، مطابق با مقرر آمنیت سایبری PLN در 2024.
7. توسعه‌های آینده
نگهداری پیش‌بینی‌ای مبتنی بر AI: یکپارچه‌سازی یادگیری عمیق برای تشخیص ناهماهنگی در لرزش‌های سوئیچ 145kV، با آزمایش‌های برنامه‌ریزی شده در مبادرت شبکه هوشمند جاوه در 2025.
کنترل پیشرفته با 5G: شبکه‌های 5G با پهنای باند کم (ITU-T G.8011.1) امکان عملیات همکاری به صورت زنده برای سوئیچ‌های 145kV در جزایر اندونزی تا سال 2026 را فراهم می‌کنند.
8. نتیجه‌گیری
سیستم نظارت هوشمند برای سوئیچ‌های قطع کننده ولتاژ بالا 145kV چالش‌های عملیاتی منحصر به فرد اندونزی را با یکپارچه‌سازی محافظت محیطی IP66، مطابقت با IEC 60068 - 3 - 3 و تحلیل پیشرفته حل می‌کند. آزمایش‌های میدانی نشان‌دهنده توانایی آن در تبدیل نگهداری HVD از واکنشی به پیش‌بینی‌ای است، که هدف اندونزی برای یک شبکه برق هوشمند و مقاوم را پشتیبانی می‌کند. با افزایش انرژی‌های تجدیدپذیر و گسترش شبکه 145kV، IMS نقش مهمی در تضمین عملکرد قابل اعتماد و اقتصادی زیرساخت‌های ولتاژ بالا خواهد داشت.
