Inteligentní monitorování ochranných přerušovačů: trendy, výzvy a budoucí výhled
1. Současný stav a nedostatky online monitorů
V současné době jsou online monitory nejčastěji používanými nástroji pro sledování ochranných odporů. I když mohou detekovat potenciální vady, mají značné omezení: je vyžadováno ruční záznam dat na místě, což vylučuje reálné časové sledování, a analýza dat po sběru zvyšuje operační složitost. Založené na IoT inteligentní sledování překonává tyto problémy – shromážděná data jsou nahrána prostřednictvím IoT na platformy pro zpracování a spolu s analyzou big data identifikují skryté rizika a poskytují varování, což efektivně snižuje obtíže provozu a údržby elektrických sítí.
1.1 Vady současných online monitorů
Jako klíčová metoda sledování ochranných odporů ukazují online monitory několik problémů v aplikaci:
2. Vývojové trendy inteligentního sledování ochranných odporů
Pro řešení problémů online monitorů, využitím Internetu věcí a inteligentní výroby, se inteligentní sledování bude vyvíjet ve třech směrech:
2.1 Metoda přenosu: Drátová → Bezdrátová
Současné inteligentní sledování se většinou opírá o drátové připojení RS485, které je vhodné pouze pro specifické scénáře, jako jsou transformační stanice. Pro linky a vzdálené oblasti je vzdálenost přenosu omezujícím faktorem. Bezdrátové technologie, jako jsou LoRa, NB-IoT (Úzkopásmový Internet věcí) a GPRS, nabízejí široké pokrytí a nízké spotřebu energie. Zejména LoRa a NB-IoT, jako nově vznikající technologie IoT, budou mít v budoucnu širší uplatnění.
2.2 Způsob zásobování energií: Aktivní → Pasivní
V současné době se inteligentní sledování spoléhá na externí DC zdroj napájení. V budoucnu se bude vyvíjet směrem k pasivnímu zásobování energií pro ekologické a nízké spotřební operace. Toto lze dosáhnout využitím proudu unikajícího z ochranného odporu, solárních panelů nebo vestavěných baterií – využití proudu unikajícího pro ukládání energie je nejvýhodnější, protože eliminuje problémy, jako je nedostatek slunečního záření a častá výměna baterií.
2.3 Způsob instalace: Externí → Interní
Současné inteligentní sledování je převážně externí – i když není omezeno velikostí a je snadno zaměnitelné, je náchylné k vlivům prostředí. Interní instalace vyžaduje integraci do dutiny ochranného odporu, což vyžaduje menší rozměry a čelí technickým překážkám. Nicméně, eliminuje vnější vlivy prostředí a zajišťuje lepší dlouhodobou stabilitu.
3. Rozšířené směry sledování ochranných odporů
Na základě způsobů a mechanismů poruch se inteligentní sledovací jednotky zaměří na čtyři dimenze:
3.1 Sledování tlaku
Pro ochranné odporu s keramickou obálkou nad 35kV se při výrobě používá detekce úniku helium spektrometrií a plnění vysoce čistým dusíkem (technologie mikropozitivního tlaku) pro prevenci proniknutí vlhkosti a zlepšení izolace. Nicméně, dlouhodobá operace způsobuje stárnutí těsnění, únik dusíku a proniknutí vlhkosti, což může vést k explozím. Integrované jednotky sledují v reálném čase vnitřní tlak, data jsou nahrána a analyzována na platformě, což umožňuje rané varování pro včasné náhrady a opravy.
3.2 Sledování teploty a vlhkosti
Pro ochranné odporu s izolačními trubkami/keramickými obálkami a vnitřním vzduchem je při montáži nutné přísné kontroly teploty a vlhkosti. Integrované jednotky sledují vnitřní podmínky, pravidelně nahrávají data a aktivují poplach, když jsou překročeny limity, což umožňuje proaktivní provoz a údržbu.
3.3 Sledování proudu unikajícího a rezistivního proudu
Tyto proudy jsou klíčovými ukazateli výkonu ochranného odporu. Dlouhodobá operace, vnější prostředí a znečištění izolátoru způsobují stárnutí odporníků a selhání těsnění, což zvyšuje proudy. Sledování trendů proudu pomáhá detekovat skrytá rizika a prevencovat nehody.
3.4 Sledování impulsu výbojového proudu
Shromažďování času výboje, velikosti proudu a času akce podporuje plánování provozu a údržby a analýzu poruch.
4. Směry technických průlomů v inteligentním sledování
Externí inteligentní sledování se objevuje (nezávislé na prostoru, vysoká kompatibilita), ale interní sledování je v počáteční fázi, čelí třem technickým výzvám:
4.1 Optimalizace vytěžování energie
Interní sledování se spoléhá na proud unikající z ochranného odporu, ale malé proudy brání reálnému časovému přenosu. Kombinace vytěžování proudu unikajícího s vestavěnými bateriemi zkracuje cykly přenosu dat, což vyvažuje dodávku energie a přenos dat.
4.2 Zlepšení přenosu signálů
Interní integrace vystavuje monitory zeslabení/chránění signálů od ochranných odporů a komponent; vysoké elektrické pole také interferuje. Signály musí být optimalizovány pro lepší proniknutí a odolnost proti elektromagnetickému rušení.
4.3 Overení životnosti a spolehlivosti
Interní sledování je obtížné nahradit; ochranné odporu vyžadují návrhovou životnost 30 let (v praxi více než 20 let). Životnost sledovacích jednotek musí odpovídat, a teplo generované akcemi ochranných odporů nesmí ovlivnit spolehlivost modulu.
5. Současné aplikace inteligentního sledování
Inteligentní sledování je stále v pilotní fázi, hlavně používáno v demonstračních projektech elektrických a železničních systémů (např. inteligentní trakční stanice v Xiongan, 750kV Smart Substation v Jan-anu a UHV DC konverzní stanice). Pilotní projekty ověřují technickou proveditelnost, inteligentně sledované ochranné odporu splňují očekávání výkonu.
6. Závěr
Inteligentní sledování umožňuje reálné časové sledování online stavu, zlepšuje přesnost identifikace rizik a snižuje obtíže provozu a údržby. I když zůstávají technické výzvy, v souladu s inteligentními, ekologickými a environmentálně přátelskými trendy postupně nahradí tradiční online monitory. Široké použití v elektrických a železničních systémech posílí bezpečnost sítě a podpoří udržitelný rozvoj energetiky.
