Интелигентен мониторинг на защите от надвърхни напрежения: Тенденции, предизвикателства и бъдещ перспективи

1. Състояние и недостатъци на онлайн мониторинга

В момента онлайн мониторите са най-често използваните инструменти за наблюдение на грознобойници. Въпреки че могат да засичат потенциални дефекти, те имат значителни ограничения: е необходимо ръчно записване на данни на място, което изключва реално време наблюдение; и анализ на данни след събирането добавя сложност към операциите. Интелигентният мониторинг, основан на IoT, преодолява тези проблеми – събраните данни се качват чрез IoT към платформи за обработка, и в комбинация с анализ на големи данни, това разкрива скрити опасности и предоставя ранни предупреждения, като ефективно намалява трудността на управлението и поддръжката на електроенергийната система.

1.1 Дефекти на настоящите онлайн монитори

Като основен метод за наблюдение на грознобойниците, онлайн мониторите откриват множество проблеми в приложението:

• Слаба адаптивност към околната среда: Повечето грознобойници са инсталирани на открито, и дългосрочното излагане оставя мониторите подвержени на стареене на диализаторите и неуспех на герметизацията, причинявайки повреди на устройствата и невъзможност за наблюдаване на данни.

• Механични компонентни неуспехи: Амперметрите често използват механични стрелки – термично деформация или механично заклиняване могат да доведат до закачане на стрелката, неправилно показване на тока на утечка. Броачи с механичен конструкция също лесно закъсняват, влияйки на точността на броянето.

• Зависимост от ръчна операция и поддръжка: Екипът за управление и поддръжка трябва да записва на място броя на разрядите и тока на утечка; специални сценарии (недостъпни области) изискват телескопи или дрони, което намалява ефективността.

• Трудности в идентификацията на данните: Ограничени от качеството на монитора, екипът за управление и поддръжка се затруднява да определи ефективно състоянието на оборудването от показаните данни.

2. Тенденции в развитието на интелигентния мониторинг на грознобойници

За да се справят с проблемите на онлайн мониторите, използвайки Интернет на нещата и интелигентното производство, интелигентният мониторинг ще се модернизира в три направления:

2.1 Метод на пренос: Жица → Бездрих

Сегашният интелигентен мониторинг най-често зависи от RS485 жицови връзки, подходящи само за специфични сценарии като трансформаторни станции. За линии и отдалечени райони, разстоянието на пренос е ограничение. Бездрих технологии като LoRa, NB - IoT (Narrow - Band Internet of Things) и GPRS предлагат широк обхват и ниско потребителско напрежение. Особено LoRa и NB - IoT, като нови IoT технологии, ще имат по-широко приложение в бъдеще.

2.2 Метод на захранване: Активен → Пасивен

В момента интелигентният мониторинг зависи от външно DC захранване. В бъдеще той ще се развива към пасивно захранване за зелена и ниско потребление работа. Извличане на енергия чрез тока на утечка, соларни панели или вградени батерии е възможно – използването на тока на утечка за съхранение на енергия е най-изгодно, избягвайки проблеми като недостатъчна соларна радиация и честа замяна на батериите.

2.3 Метод на инсталация: Външен → Вътрешен

Сегашният интелигентен мониторинг е главно външен – въпреки че не е ограничен от размера и е лесен за замяна, той е уязвим към околната среда. Вътрешната инсталация изисква интеграция в кавитете на грознобойника, изискващи по-малки размери и сблъскващи се с технически бариери. Но това премахва външните околните влияния, осигурявайки по-добра дългосрочна стабилност.

3. Разширени направления на мониторинга на грознобойниците

На база на режими на дефект и механизми, интелигентните мониторни единици ще се фокусират в четири измерения:

3.1 Наблюдение на налягането

За грознобойници с фарфоров корпус от 35кВ нагоре, при производството се използва спектрометрия на хелиев маса за детекция на утечки и напълване с високочист хелий (технология на микропозитивно налягане), за да се предотврати влизането на влага и да се подобри изолацията. Но дългосрочната работа причинява стареене на герметизацията, утечка на хелий и влизане на влага, което може да доведе до взрив. Интелигентните мониторни единици наблюдават в реално време вътрешното налягане; качването на данни и анализът на платформата позволяват ранни предупреждения за своевременна замяна и ремонт.

3.2 Наблюдение на температурата и влажността

За грознобойници с изолационни тръби/фарфорови корпуси и вътрешен въздух, монтажът изисква строго контрол на температурата и влажността. Интелигентните единици наблюдават вътрешните условия, регулярно качват данни и активират аларми, когато се надвишат граници, позволявайки проактивно управление и поддръжка.

3.3 Наблюдение на тока на утечка и резистивния ток

Тези токове са ключови показатели за производителността на грознобойниците. Дългосрочната работа, външната среда и замърсяване на изолаторите причиняват стареене на резисторите и неуспех на герметизацията, увеличавайки токовете. Наблюдението на тенденциите на тока помага да се разкрият скрити опасности и да се предотвратят аварии.

3.4 Наблюдение на импулсивния ток на разряда

Събирането на броя на разрядите, големината на тока и времето на действие подкрепя планирането на управление и поддръжка, както и анализ на дефектите.

4. Правна посока за технологични промени в интелигентния мониторинг

Външният интелигентен мониторинг е в процес на развитие (неограничен от пространството, високо съвместим), но вътрешният мониторинг е все още в началото, срещайки три технически предизвикателства:

4.1 Оптимизация на извличането на енергия

Вътрешният мониторинг зависи от тока на утечка на грознобойника за енергия, но малките токове затрудняват реално време пренос. Комбинирането на извличане на тока на утечка с вградени батерии съкращава циклите на пренос на данни, балансирайки доставката на енергия и преноса на данни.

4.2 Подобряване на преноса на сигнали

Вътрешната интеграция излага мониторите на ослабяване/екраниране на сигнали от грознобойниците и компонентите; високи напреженията на електрическите полета също въздействат. Сигналите трябва да бъдат оптимизирани за по-добро проникване и противодействие на електромагнитното въздействие.

4.3 Проверка на продължителността на живота и надеждност

Вътрешният мониторинг е труден за замяна; грознобойниците изискват 30-годишна конструктивна продължителност (повече от 20 години в практика). Продължителността на живота на мониторните единици трябва да съответства, и топлината от действията на грознобойниците не трябва да влиза в надеждността на модулите.

5. Приложения на интелигентния мониторинг в момента

Интелигентният мониторинг все още е в пилотен етап, главно приложени в демонстрационни проекти в електроенергийната и железопътната сфера (например, интелигентната тракционна трансформаторна станция в Хионган, 750кВ Ян'ан Умна трансформаторна станция и UHV DC конверторни станции). Пилотните проекты проверяват техническата възможност, с интелигентно мониторирани грознобойници, отговарящи на очакванията за производителност.

6. Заключение

Интелигентният мониторинг позволява реално време онлайн наблюдение, подобрява точността на идентификацията на рискове и намалява трудността на управлението и поддръжката. Въпреки оставащите технически предизвикателства, съвместим с интелигентни, зелени и екологични тенденции, той ще постепенно замести традиционните онлайн монитори. Широкото приложение в електроенергийната и железопътната система ще заздрави безопасността на мрежата и подкрепи устойчивото развитие на енергията.