نظارت هوشمند بر مهار برق: روندها، چالش‌ها و دیدگاه آینده
1. وضع فعلی و نقص‌های مانیتورهای آنلاین
در حال حاضر، مانیتورهای آنلاین پرکاربردترین ابزار برای نظارت بر محافظ‌های عرضه هستند. اگرچه می‌توانند نقص‌های بالقوه را شناسایی کنند، اما محدودیت‌های قابل توجهی دارند: ضبط داده‌ها به صورت دستی در محل لازم است که نظارت زنده را ممنوع می‌کند؛ و تحلیل داده‌ها پس از جمع‌آوری پیچیدگی عملیاتی را افزایش می‌دهد. نظارت هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء این مشکلات را حل می‌کند - داده‌های جمع‌آوری شده از طریق اینترنت اشیاء به پلتفرم‌های پردازشی ارسال می‌شوند و با تحلیل داده‌های بزرگ، خطرات پنهان را شناسایی می‌کند و هشدارهای اولیه را ارائه می‌دهد، که به طور موثری سختی عملیات و نگهداری انرژی را کاهش می‌دهد.
1.1 نقص‌های مانیتورهای آنلاین در مرحله فعلی
به عنوان یک روش نظارتی اصلی برای محافظ‌های عرضه، مانیتورهای آنلاین مشکلات متعددی در کاربرد نشان می‌دهند:
2. روندهای توسعه نظارت هوشمند بر محافظ‌های عرضه
برای حل مشکلات مانیتورهای آنلاین، با استفاده از اینترنت اشیاء و ساخت هوشمند، نظارت هوشمند در سه جهت به روز رسانی خواهد شد:
2.1 روش انتقال: سیمی → بی‌سیم
نظارت هوشمند فعلی بیشتر به اتصالات سیمی RS485 متکی است که فقط برای سناریوهای خاص مانند زیرстанسیون‌ها مناسب است. برای خطوط و مناطق دور، فاصله انتقال محدودیت است. تکنولوژی‌های بی‌سیم مانند LoRa، NB-IoT (اینترنت اشیاء پهنای باند کم) و GPRS پوشش گسترده و مصرف انرژی کم را ارائه می‌دهند. به ویژه LoRa و NB-IoT به عنوان تکنولوژی‌های جدید اینترنت اشیاء، در آینده کاربردهای گسترده‌تری خواهند داشت.
2.2 روش تامین انرژی: فعال → غیرفعال
در حال حاضر، نظارت هوشمند به تامین انرژی مستقیم DC خارجی متکی است. در آینده، به سمت تامین انرژی غیرفعال برای عملکرد سبز و کم مصرف تکامل خواهد یافت. جذب انرژی از طریق جریان نشتی محافظ عرضه، پنل‌های خورشیدی یا باتری‌های داخلی امکان‌پذیر است - استفاده از جریان نشتی برای ذخیره انرژی مزیت بیشتری دارد، زیرا مشکلاتی مانند کمبود تابش خورشیدی و تغییر باتری‌ها را از بین می‌برد.
2.3 روش نصب: خارجی → داخلی
نظارت هوشمند فعلی بیشتر خارجی است - در حالی که با اندازه محدود و جایگزینی آسان، آن را در معرض تأثیرات محیطی قرار می‌دهد. نصب داخلی نیاز به یکپارچه‌سازی در داخل حفره محافظ عرضه دارد، که اندازه کوچکتری را نیاز دارد و با موانع فنی مواجه است. با این حال، تأثیرات محیطی خارجی را حذف می‌کند و ثبات بلندمدت بهتری را تضمین می‌کند.
3. جهت‌های گسترده‌تر نظارت بر محافظ‌های عرضه
بر اساس مدلهای خطا و مکانیزم‌ها، واحد‌های نظارت هوشمند روی چهار بعد تمرکز خواهند کرد:
3.1 نظارت بر فشار
برای محافظ‌های عرضه سرامیکی 35kV و بالاتر، از طیف‌سنجی ماسه هلیوم و پر کردن با نیتروژن خالص (فناوری فشار مثبت کوچک) در زمان ساخت برای جلوگیری از ورود رطوبت و بهبود عایق‌بندی استفاده می‌شود. با این حال، عملیات طولانی مدت باعث پیری پوشش، نشت نیتروژن و ورود رطوبت می‌شود که ممکن است منجر به انفجار شود. واحد‌های نظارت هوشمند فشار داخلی را به صورت زنده نظارت می‌کنند؛ ارسال داده‌ها و تحلیل پلتفرم امکان هشدارهای اولیه را برای جایگزینی و تعمیر به موقع فراهم می‌کند.
3.2 نظارت بر دما و رطوبت
برای محافظ‌های عرضه با لوله‌های عایق‌بندی / پوشش‌های سرامیکی و هوا داخلی، مونتاژ نیاز به کنترل دقیق دما و رطوبت دارد. واحد‌های هوشمند شرایط داخلی را نظارت می‌کنند، داده‌ها را به طور منظم ارسال می‌کنند و در صورت تجاوز از حدود، هشدار ایجاد می‌کنند که امکان عملیات و نگهداری پیشگیرانه را فراهم می‌کند.
3.3 نظارت بر جریان نشتی و جریان مقاومتی
این جریان‌ها شاخص‌های اصلی عملکرد محافظ‌های عرضه هستند. عملیات طولانی مدت، محیط خارجی و آلودگی عایق‌بندی باعث پیری مقاومت و شکست پوشش می‌شود و جریان‌ها افزایش می‌یابند. نظارت بر روند جریان‌ها کمک می‌کند خطرات پنهان را شناسایی کند و حوادث را جلوگیری کند.
3.4 نظارت بر جریان تخلیه ضربه‌ای
جمع‌آوری زمان‌های تخلیه، مقدار جریان و زمان عملیات، برنامه‌ریزی عملیات و تحلیل خطا را پشتیبانی می‌کند.
4. جهت‌های شکست فنی نظارت هوشمند
نظارت هوشمند خارجی در حال ظهور است (بدون محدودیت فضایی، سازگاری بالا)، اما نظارت داخلی در مراحل اولیه است و با سه چالش فنی مواجه است:
4.1 بهینه‌سازی جذب انرژی
نظارت داخلی به جریان نشتی محافظ عرضه برای تامین انرژی متکی است، اما جریان‌های کوچک مانع انتقال زنده می‌شوند. ترکیب جذب جریان نشتی با باتری‌های داخلی دورة انتقال داده‌ها را کوتاه می‌کند و تعادل بین تامین انرژی و انتقال داده‌ها را ایجاد می‌کند.
4.2 بهبود انتقال سیگنال
یکپارچه‌سازی داخلی مانیتورها را در معرض کاهش / پوشش سیگنال از محافظ‌ها و مولفه‌ها قرار می‌دهد؛ میدان‌های الکتریکی با ولتاژ بالا نیز مداخله می‌کنند. سیگنال‌ها باید بهینه شوند تا نفوذ بهتر و مقاومت بیشتر در برابر مداخله الکترومغناطیسی داشته باشند.
4.3 تأیید عمر مفید و قابلیت اطمینان
نظارت داخلی دشوار است جایگزین شود؛ محافظ‌های عرضه نیاز به عمر طراحی 30 ساله (در عمل بیش از 20 سال) دارند. عمر واحد‌های نظارت باید با آن مطابقت داشته باشد و گرما ناشی از عملیات محافظ‌ها نباید بر قابلیت اطمینان ماژول تأثیر بگذارد.
5. کاربردهای فعلی نظارت هوشمند
نظارت هوشمند هنوز در مرحله آزمایشی است و عمدتاً در پروژه‌های نمونه‌ای در بخش‌های برق و راه‌آهن (مانند زیرستانسیون هوشمند در Xiongan، زیرستانسیون هوشمند 750kV یانآن و ایستگاه‌های تبدیل UHV DC) استفاده می‌شود. آزمایش‌ها امکان فنی را تأیید می‌کنند و محافظ‌های عرضه تحت نظارت هوشمند انتظارات عملکردی را برآورده می‌کنند.
6. نتیجه‌گیری
نظارت هوشمند امکان ردیابی وضعیت آنلاین زنده را فراهم می‌کند، دقت شناسایی ریسک را افزایش می‌دهد و سختی عملیات و نگهداری را کاهش می‌دهد. با وجود چالش‌های فنی باقی‌مانده، با توجه به روندهای هوشمند، سبز و محیط‌زیستی، به تدریج جایگزین مانیتورهای آنلاین سنتی خواهد شد. گسترش گسترده در سیستم‌های برق و راه‌آهن امنیت شبکه را تقویت خواهد کرد و توسعه پایدار انرژی را پشتیبانی خواهد کرد.
