Monitoraggio intelligente dei parafulmini: tendenze, sfide e prospettive future
1. Stato attuale e limiti dei monitoraggi online
Attualmente, i monitoraggi online sono gli strumenti più comunemente utilizzati per il monitoraggio dei parafulmini. Sebbene possano rilevare potenziali difetti, presentano limiti significativi: è necessario registrare i dati sul posto in modo manuale, precludendo il monitoraggio in tempo reale; l'analisi dei dati post-raccolta aggiunge complessità operativa. Il monitoraggio intelligente basato sull'IoT supera questi problemi - i dati raccolti vengono caricati attraverso l'IoT su piattaforme di elaborazione e, combinati con l'analisi dei big data, identificano pericoli nascosti e forniscono avvisi preventivi, riducendo efficacemente la difficoltà della gestione e manutenzione dell'energia.
1.1 Difetti dei monitoraggi online attuali
Come metodo di monitoraggio centrale per i parafulmini, i monitoraggi online espongono vari problemi nell'applicazione:
2. Tendenze di sviluppo del monitoraggio intelligente per parafulmini
Per risolvere i problemi dei monitoraggi online, sfruttando l'Internet of Things e la manifattura intelligente, il monitoraggio intelligente si evolverà in tre direzioni:
2.1 Metodo di trasmissione: Cavo → Wireless
Il monitoraggio intelligente attuale si basa principalmente su connessioni cablate RS485, adatte solo a scenari specifici come le sottostazioni. Per linee ed aree remote, la distanza di trasmissione è un vincolo. Tecnologie wireless come LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things) e GPRS offrono una vasta copertura e un basso consumo energetico. In particolare, LoRa e NB-IoT, come tecnologie IoT emergenti, troveranno applicazioni più ampie in futuro.
2.2 Metodo di alimentazione: Attiva → Passiva
Attualmente, il monitoraggio intelligente dipende dall'alimentazione DC esterna. In futuro, si evolverà verso un'energia passiva per un'operazione verde e a basso consumo. È fattibile l'acquisizione di energia tramite la corrente di fuga del parafulmine, pannelli solari o batterie integrate - l'uso della corrente di fuga per l'accumulo di energia è il più vantaggioso, evitando problemi come la radiazione solare insufficiente e la sostituzione frequente delle batterie.
2.3 Metodo di installazione: Esterno → Interno
Il monitoraggio intelligente attuale è principalmente esterno - sebbene non sia limitato dalle dimensioni e sia facile da sostituire, è vulnerabile agli influssi ambientali. L'installazione interna richiede l'integrazione nella cavità del parafulmine, richiedendo dimensioni più piccole e affrontando barriere tecniche. Tuttavia, elimina gli effetti ambientali esterni, garantendo una maggiore stabilità a lungo termine.
3. Direzioni espansive del monitoraggio per parafulmini
Basandosi sui modi e meccanismi di guasto, le unità di monitoraggio intelligente si concentreranno su quattro dimensioni:
3.1 Monitoraggio della pressione
Per i parafulmini in porcellana a 35kV e superiori, durante la produzione si utilizza la spettrometria di massa all'elio e il riempimento con azoto ad alta purezza (tecnologia a micro-pressione positiva) per prevenire l'intrusione di umidità e migliorare l'isolamento. Tuttavia, l'operazione a lungo termine causa l'invecchiamento delle tenute, la perdita di azoto e l'ingresso di umidità, potenzialmente portando a esplosioni. Le unità di monitoraggio intelligente monitorano la pressione interna in tempo reale; il caricamento dei dati e l'analisi della piattaforma consentono avvisi preventivi per la sostituzione e la riparazione tempestiva.
3.2 Monitoraggio della temperatura e dell'umidità
Per i parafulmini con tubi isolanti/corpi in porcellana e aria interna, l'assemblaggio richiede un rigoroso controllo della temperatura e dell'umidità. Le unità intelligenti monitorano le condizioni interne, caricano i dati regolarmente e attivano gli allarmi quando i limiti vengono superati, permettendo una manutenzione proattiva.
3.3 Monitoraggio della corrente di fuga e della corrente resistiva
Queste correnti sono indicatori centrali delle prestazioni del parafulmine. L'operazione a lungo termine, gli ambienti esterni e la contaminazione degli isolatori causano l'invecchiamento dei resistori e il fallimento delle tenute, aumentando le correnti. Il monitoraggio delle tendenze correnti aiuta a rilevare pericoli nascosti e a prevenire incidenti.
3.4 Monitoraggio della corrente di scarica impulso
La raccolta dei tempi di scarica, delle magnitudini della corrente e dei tempi di azione supporta la pianificazione delle operazioni e manutenzione e l'analisi dei guasti.
4. Direzioni di avanzamento tecnologico per il monitoraggio intelligente
Il monitoraggio intelligente esterno sta emergendo (non vincolato dallo spazio, altamente compatibile), ma il monitoraggio interno è ancora ai primi stadi, affrontando tre sfide tecniche:
4.1 Ottimizzazione dell'acquisizione di energia
Il monitoraggio interno si basa sulla corrente di fuga del parafulmine per l'energia, ma correnti piccole ostacolano la trasmissione in tempo reale. La combinazione dell'acquisizione di energia dalla corrente di fuga con batterie integrate riduce i cicli di trasmissione dei dati, bilanciando l'approvvigionamento energetico e il trasferimento dei dati.
4.2 Miglioramento della trasmissione del segnale
L'integrazione interna espone i monitor all'attenuazione/schermatura dei segnali da parte dei parafulmini e dei componenti; i campi elettrici ad alta tensione interferiscono anche. I segnali devono essere ottimizzati per una migliore penetrazione e resistenza alle interferenze elettromagnetiche.
4.3 Verifica della durata e affidabilità
Il monitoraggio interno è difficile da sostituire; i parafulmini richiedono una durata di progettazione di 30 anni (superiore a 20 anni in pratica). La durata delle unità di monitoraggio deve corrispondere, e il calore generato dalle azioni del parafulmine non deve influire sulla affidabilità del modulo.
5. Applicazioni attuali del monitoraggio intelligente
Il monitoraggio intelligente è ancora in fase pilota, applicato principalmente in progetti dimostrativi di energia e ferrovie (ad esempio, la sottostazione di trazione intelligente a Xiongan, la sottostazione intelligente di Yan'an a 750kV e le stazioni di conversione UHV DC). I piloti verificano la fattibilità tecnica, con i parafulmini monitorati intelligentemente che soddisfano le aspettative di prestazioni.
6. Conclusione
Il monitoraggio intelligente consente il tracciamento dello stato online in tempo reale, migliorando l'accuratezza dell'identificazione dei rischi e riducendo la difficoltà delle operazioni e manutenzione. Nonostante rimangano sfide tecniche, allineato con tendenze intelligenti, verdi e rispettose dell'ambiente, gradualmente sostituirà i tradizionali monitoraggi online. L'adozione diffusa nei sistemi di energia e ferrovia rafforzerà la sicurezza della rete e supporterà lo sviluppo sostenibile dell'energia.
