1. مقدمه
سویچ‌های قطع کننده ولتاژ بالا (HVDs)، به ویژه مدل‌های ۱۴۵kV، برای ایمنی شبکه برق در اندونزی حیاتی هستند، جایی که آب و هوای استوایی و زمین‌شناسی پیچیده چالش‌های عملیاتی منحصر به فردی را ایجاد می‌کنند. این مقاله یک سیستم نظارت هوشمند (IMS) را معرفی می‌کند که برای مقابله با این چالش‌ها طراحی شده است، شامل محافظت محیطی IP66 و مطابقت با IEC 60068 - 3 - 3. این سیستم از شبکه‌های حسگر، تحلیل داده و کنترل دوردست برای افزایش قابلیت اطمینان HVDs ۱۴۵kV در محیط پرچالش اندونزی استفاده می‌کند.
2. چالش‌های عملیاتی HVDs 145kV در اندونزی
2.1 عوامل محیطی
آب و هوای استوایی: رطوبت متوسط بیش از ۸۵٪ در جاوه و بالی فرسایش قطعات سویچ را تسریع می‌کند، در حالی که دماهای تا ۳۸°سیلزیوس در سوماترا عمر عایق را کاهش می‌دهد.
خطرات طبیعی: باران‌های موسمی (۱۵۰۰-۴۰۰۰ میلی‌متر بارش سالانه) و نمک در مناطق ساحلی (مانند خلیج جاکارتا) مهر و موم IP66 را تحت فشار قرار می‌دهند، با گزارش ۲۰۲۴ PLN نشان می‌دهد که سویچ‌های غیرمطابق ۳۰٪ نرخ خرابی بیشتری دارند.
پیچیدگی شبکه: نصب‌های دورافتاده در پاپوا و سولاووسی نظارت زنده را ندارند، که منجر به میانگین ۷۲ ساعت توقف برای نگهداری می‌شود.
2.2 محدودیت‌های فنی HVDs سنتی
گلوگاه‌های بازرسی دستی: بررسی‌های بصری برای فرسایش تماس و آسیب عایق در سویچ‌های ۱۴۵kV نیاز به حضور فیزیکی دارد، که هزینه ۱۲ میلیون دلار سالانه در کارگران برای امور عمومی اندونزی (گزارش IEA 2023) را ایجاد می‌کند.
نگهداری واکنشی: HVDs سنتی بر تعمیرات پس از خرابی متکی هستند، با ۴۵٪ خرابی‌های سویچ ۱۴۵kV در اندونزی به دلیل تشخیص تأخیری مقاومت تماس نامتعادل.
3. معماری سیستم نظارت هوشمند
3.1 طراحی شبکه حسگر
3.1.1 حسگر چند پارامتره
حسگر دما: نصب حسگرهای PT1000 روی تماس‌های سویچ ۱۴۵kV، با دامنه اندازه‌گیری -۵۰°سیلزیوس تا ۲۰۰°سیلزیوس (دقیق ±۰.۵°سیلزیوس) برای تشخیص گرم شدن بالای ۷۰°سیلزیوس (آستانه IEC 60694).
نظارت بر مقاومت تماس: استفاده از اهم‌سنج‌های مقاومت پایین ۱۰۰A (دقت ۱μΩ) برای ردیابی انحرافات از خط پایه (<۵۰μΩ برای تماس‌های جدید)، مانند مورد ۲۰۲۴ سمراگ که خواندن ۱۸۰μΩ قبل از خرابی سویچ را نشان می‌دهد.
تجزیه و تحلیل لرزش: شتاب‌سنج‌ها (دامنه ±۵۰g، حساسیت ۱۰۰mV/g) فشار مکانیکی بر مکانیزم‌های عملیاتی را نظارت می‌کنند، با آستانه‌های تنظیم شده ۲.۵ mm/s برای هشدار دادن از فرسایش دندانه.
3.1.2 حسگرهای محیطی
بررسی‌های صحت IP66: سنجه‌های مقاوم در برابر رطوبت در داخل قفسه‌های سویچ رطوبت >۷۰٪ و اختلاف دما >۱۵°سیلزیوس را اندازه‌گیری می‌کنند، هشدارهایی برای تخریب بالقوه مهر و موم ایجاد می‌کنند.
تشخیص ورود گرد و آب: شمارنده‌های ذرات نوری (دقت ۰.۳μm) و حسگرهای ظرفیتی آب مطابقت با استانداردهای محافظت از گرد و اسپری آب IP66 را تضمین می‌کنند.
3.2 جمع‌آوری و انتقال داده
گره‌های محاسبات لبه‌ای: گیت‌وی‌های صنعتی (مطابق با IEC 61850) داده‌های خام حسگر را پردازش می‌کنند، با فیلتر کردن لبه (مانند انتقال فقط >۵٪ انحراف آستانه) مصرف باند به ۶۰٪ کاهش می‌یابد.
ارتباط بی‌سیم: در مناطق دورافتاده اندونزی (مانند پاپوا)، ماژول‌های LTE-M (릴یز ۳GPP ۱۳) اتصال پهنای باند گسترده با مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان ۹۹.۹٪ ارائه می‌دهند، در حالی که زیراستان‌های شهری از ۵G برای کنترل با تاخیر زیر ۱۰۰ms استفاده می‌کنند.
4. عملکرد و نوآوری‌های سیستم
4.1 ارزیابی وضعیت زنده
4.1.1 مدل‌های پیش‌بینی خطا
الگوریتم‌های یادگیری ماشین: طبقه‌بندی‌کننده‌های جنگل تصادفی آموزش دیده بر ۱۰۰,۰۰۰+ نقطه داده تاریخی از شبکه ۱۴۵kV اندونزی با دقت ۹۲٪ فرسایش تماس را پیش‌بینی می‌کنند. به عنوان مثال، آزمایش ۲۰۲۴ در بالی خرابی‌های غیرمنتظره را ۷۵٪ کاهش داد.
تجزیه و تحلیل تلفیق حرارتی-برقی: مدل‌های المان محدود انتقال حرارت در سویچ‌های ۱۴۵kV تحت بار را شبیه‌سازی می‌کنند، نقاط گرم را قبل از اینکه از حد تحمل حرارتی IEC 60068 - 3 - 3 عبور کنند شناسایی می‌کنند.
4.1.2 داشبورد تصویری
4.2 کنترل دوردست و اتوماتیک
یکپارچگی شبکه هوشمند: IMS با سیستم‌های SCADA برای اتوماتیک جداسازی سویچ‌های ۱۴۵kV خراب ارتباط برقرار می‌کند. در یک تست ۲۰۲۳ در سوماترا، سیستم یک خطای کوتاه‌مداری را تشخیص داد و سویچ را در ۱۵۰ms باز کرد، جلوی خرابی‌های پی‌درپی را گرفت.
کنترل اپلیکیشن موبایل: فنی‌های میدانی از برنامه‌های Android (سازگار با تبلت‌های IP66-امتیاز) برای سرپرستی عملیات دستی استفاده می‌کنند، با احراز هویت بیومتریک برای امنیت در زیراستان‌های حیاتی جاکارتا.
5. مطابقت و اعتبارسنجی
5.1 آزمایش‌های محیطی
گواهینامه IP66: قفسه IMS آزمون ISO 16232-18 را می‌گذراند، ۸۰ mbar جت آب برای ۳۰ دقیقه و مواجهه با گرد (۲kg/m³) برای ۸ ساعت را تحمل می‌کند، مطابق با الزامات IEC 60068 - 3 - 3 برای آب و هوای استوایی.
چرخه دما/رطوبت: کمره‌ها تغییرات دما ۲۵-۳۸°سیلزیوس و رطوبت ۶۰-۹۵٪ در اندونزی را شبیه‌سازی می‌کنند، دقت حسگرها را برای ۱۰,۰۰۰ چرخه تضمین می‌کنند.
5.2 آزمایش‌های میدانی در اندونزی
6. تأثیرات اقتصادی و فنی
6.1 تحلیل هزینه-سود
6.2 پیشرفت‌های فنی
جمع‌آوری انرژی: در شبکه‌های دورافتاده سولاووسی، گره‌های حسگر توان‌گرفته از خورشید (کارایی ۱۸٪) نیاز به تعویض باتری را حذف می‌کنند، مطابق با اهداف انرژی‌های تجدیدپذیر اندونزی.
امنیت سایبری: ثبت داده‌ها بر اساس بلاکچین (Hyperledger Fabric) ضمانت می‌کند که رکوردهای نگهداری بدون تغییر باقی بمانند، مطابق با دستورالعمل امنیت سایبری PLN در ۲۰۲۴.
7. توسعه‌های آینده
نگهداری پیش‌بینی‌شده مبتنی بر AI: یکپارچه‌سازی یادگیری عمیق برای تشخیص ناهماهنگی در لرزش‌های سویچ ۱۴۵kV، با آزمایش‌های برنامه‌ریزی شده در مبادرت هوشمند شبکه در جاوه در ۲۰۲۵.
کنترل مبتنی بر 5G: شبکه‌های 5G با تاخیر پایین (ITU-T G.8011.1) عملیات همکاری زنده برای سویچ‌های ۱۴۵kV در سراسر جزایر اندونزی را تا ۲۰۲۶ امکان‌پذیر خواهند کرد.
8. نتیجه‌گیری
سیستم نظارت هوشمند برای سویچ‌های قطع کننده ولتاژ بالا ۱۴۵kV چالش‌های عملیاتی منحصر به فرد اندونزی را با یکپارچه‌سازی محافظت محیطی IP66، مطابقت با IEC 60068 - 3 - 3 و تجزیه و تحلیل پیشرفته حل می‌کند. آزمایش‌های میدانی پتانسیل آن را برای تبدیل نگهداری HVD از واکنشی به پیش‌بینی‌شده نشان می‌دهد، که هدف اندونزی برای یک شبکه برق مقاوم و هوشمند را پشتیبانی می‌کند. با افزایش انرژی‌های تجدیدپذیر و گسترش شبکه ۱۴۵kV، IMS نقش کلیدی در تضمین عملکرد قابل اعتماد و اقتصادی زیرساخت‌های ولتاژ بالا خواهد داشت.
