Monitoreo Inteligente de Pararrayos: Tendencias, Desafíos y Perspectivas Futuras
1. Estado Actual y Deficiencias de los Monitores en Línea
Actualmente, los monitores en línea son las herramientas más comúnmente utilizadas para la supervisión de pararrayos. Aunque pueden detectar posibles defectos, tienen limitaciones significativas: se requiere el registro manual de datos en el sitio, lo que excluye la monitorización en tiempo real; y el análisis de datos post-colección aumenta la complejidad operativa. La monitorización inteligente basada en IoT supera estos problemas: los datos recopilados se cargan a través del IoT a plataformas de procesamiento, y combinados con el análisis de big data, identifican peligros ocultos y proporcionan alertas tempranas, reduciendo efectivamente la dificultad de la operación y mantenimiento de energía.
1.1 Deficiencias de los Monitores en Línea Actuales
Como método central de monitoreo para pararrayos, los monitores en línea exponen múltiples problemas en su aplicación:
2. Tendencias de Desarrollo de la Monitorización Inteligente para Pararrayos
Para abordar los problemas de los monitores en línea, aprovechando el Internet de las Cosas y la fabricación inteligente, la monitorización inteligente se actualizará en tres direcciones:
2.1 Método de Transmisión: Cableado → Inalámbrico
La monitorización inteligente actual depende en gran medida de conexiones cableadas RS485, adecuadas solo para escenarios específicos como subestaciones. Para líneas y áreas remotas, la distancia de transmisión es una limitante. Las tecnologías inalámbricas como LoRa, NB-IoT (Internet de las Cosas de Banda Estrecha) y GPRS ofrecen amplia cobertura y bajo consumo de energía. Especialmente LoRa y NB-IoT, como tecnologías emergentes de IoT, tendrán aplicaciones más amplias en el futuro.
2.2 Método de Suministro de Energía: Activo → Pasivo
Actualmente, la monitorización inteligente depende de la alimentación DC externa. En el futuro, evolucionará hacia un suministro de energía pasivo para una operación verde y de bajo consumo. La recolección de energía a través de la corriente de fuga del pararrayos, paneles solares o baterías integradas es factible, siendo la recolección de la corriente de fuga la más ventajosa, evitando problemas como la insuficiente radiación solar y el reemplazo frecuente de baterías.
2.3 Método de Instalación: Externo → Interno
La monitorización inteligente actual es principalmente externa, aunque no está limitada por el tamaño y es fácil de reemplazar, es vulnerable a influencias ambientales. La instalación interna requiere integrarse en la cavidad del pararrayos, demandando tamaños más pequeños y enfrentando barreras técnicas. Sin embargo, elimina las influencias ambientales externas, asegurando una mejor estabilidad a largo plazo.
3. Direcciones Expandidas de Monitoreo para Pararrayos
Basándose en modos y mecanismos de falla, las unidades de monitoreo inteligente se centrarán en cuatro dimensiones:
3.1 Monitoreo de Presión
Para pararrayos de 35kV y superior con carcasa de porcelana, se utiliza detección de fugas mediante espectrometría de masas de helio y llenado con nitrógeno de alta pureza (tecnología de micro-presión positiva) durante la fabricación para prevenir la intrusión de humedad y mejorar la aislación. Sin embargo, la operación a largo plazo causa el envejecimiento del sello, la fuga de nitrógeno y la intrusión de humedad, potencialmente llevando a explosiones. Las unidades de monitoreo inteligente monitorean la presión interna en tiempo real; el envío de datos y el análisis de plataforma permiten alertas tempranas para un reemplazo y reparación oportunos.
3.2 Monitoreo de Temperatura y Humedad
Para pararrayos con tubos aislantes/carcasas de porcelana y aire interno, la ensamblaje requiere un estricto control de temperatura y humedad. Las unidades inteligentes monitorean las condiciones internas, envían datos regularmente y activan alarmas cuando se superan los límites, permitiendo un mantenimiento proactivo.
3.3 Monitoreo de Corriente de Fuga y Corriente Resistiva
Estas corrientes son indicadores clave del rendimiento del pararrayos. La operación a largo plazo, los ambientes externos y la contaminación del aislador causan el envejecimiento del resistor y el fallo del sello, aumentando las corrientes. El monitoreo de las tendencias de la corriente ayuda a detectar peligros ocultos y prevenir accidentes.
3.4 Monitoreo de Corriente de Descarga Impulsiva
La recopilación de tiempos de descarga, magnitudes de corriente y tiempos de acción apoya la planificación de operación y mantenimiento y el análisis de fallas.
4. Direcciones de Avance Técnico para la Monitorización Inteligente
La monitorización inteligente externa está emergiendo (sin restricciones de espacio, altamente compatible), pero la monitorización interna está en sus primeras etapas, enfrentando tres desafíos técnicos:
4.1 Optimización de la Recolección de Energía
La monitorización interna depende de la corriente de fuga del pararrayos para la energía, pero las corrientes pequeñas dificultan la transmisión en tiempo real. Combinar la recolección de corriente de fuga con baterías integradas acorta los ciclos de transmisión de datos, equilibrando el suministro de energía y la transferencia de datos.
4.2 Mejora de la Transmisión de Señales
La integración interna expone a los monitores a la atenuación/bloqueo de señales por parte de los pararrayos y componentes; los campos eléctricos de alto voltaje también interfieren. Las señales deben optimizarse para una mejor penetración y resistencia a la interferencia electromagnética.
4.3 Verificación de Vida Útil y Fiabilidad
La monitorización interna es difícil de reemplazar; los pararrayos requieren una vida útil de diseño de 30 años (más de 20 años en la práctica). La vida útil de las unidades de monitoreo debe coincidir, y el calor de las acciones del pararrayos no debe afectar la fiabilidad del módulo.
5. Aplicaciones Actuales de la Monitorización Inteligente
La monitorización inteligente aún está en fase piloto, aplicándose principalmente en proyectos de demostración de energía y ferrocarriles (por ejemplo, la subestación de tracción inteligente en Xiongan, la Subestación Inteligente de 750kV Yan'an y las estaciones convertidoras de corriente continua de ultra-alta tensión). Los pilotos verifican la viabilidad técnica, con pararrayos monitoreados inteligentemente cumpliendo con las expectativas de rendimiento.
6. Conclusión
La monitorización inteligente permite el seguimiento en línea en tiempo real, mejorando la precisión de la identificación de riesgos y reduciendo la dificultad de la operación y mantenimiento. A pesar de los desafíos técnicos restantes, alineado con las tendencias inteligentes, verdes y respetuosas con el medio ambiente, gradualmente reemplazará a los monitores en línea tradicionales. Su adopción generalizada en sistemas de energía y ferrocarriles fortalecerá la seguridad de la red y respaldará el desarrollo sostenible de la energía.
