Intelligent Surge Arrester Monitoring: Trends, Uitdagingen & Toekomstig Perspectief

1. Huidige Status en Gebreken van Online Monitors

Momenteel zijn online monitors de meest gebruikte tools voor het monitoren van overvoltagebeveiligingen. Hoewel ze potentiele defecten kunnen detecteren, hebben ze significante beperkingen: handmatig ter plaatse gegevens registreren is vereist, wat real-time monitoring uitsluit; en de analyse van post-collectiegegevens verhoogt de operationele complexiteit. IoT-gebaseerd intelligent monitoring overwint deze problemen – verzamelde gegevens worden via de IoT naar verwerkingsplatforms geüpload, en in combinatie met big data-analyse worden verborgen gevaren geïdentificeerd en vroegtijdige waarschuwingen gegeven, waardoor de moeilijkheid van elektriciteitsbedrijfsvoering en -onderhoud effectief wordt verminderd.

1.1 Gebreken van Huidige Online Monitors

Als een kernmethode voor het monitoren van overvoltagebeveiligingen tonen online monitors meerdere problemen bij toepassing:

• Slechte Omgevingsaanpassing: De meeste overvoltagebeveiligingen zijn buiten geïnstalleerd, en langdurige blootstelling maakt monitors vatbaar voor wijzerveroudering en lekken, wat apparatuurbeschadiging veroorzaakt en gegevensregistratie onmogelijk maakt.

• Mechanische Componentenfouten: Ammeters gebruiken meestal mechanische wijzers – thermische vervorming of mechanische vastlopering kan tot wijzerstokken leiden, waardoor de lekkagestroom foutief wordt weergegeven. Actietellers met mechanische structuren raken ook gemakkelijk vast, waardoor de telling nauwkeurigheid beïnvloedt.

• Handmatig Operationeel en Onderhoudsafhankelijk: Ter plaatse registratie van ontladingstijden en lekkagestroom door operationeel en onderhoudspersoneel is vereist; speciale scenario's (ongebruikbare gebieden) vereisen telescopen of drones, wat de efficiëntie vermindert.

• Moeilijke Gegevensidentificatie: Beperkt door de kwaliteit van de monitor hebben operationeel en onderhoudspersoneel moeite om de apparatuurstaat effectief te beoordelen op basis van de weergegeven gegevens.

2. Ontwikkelingstrends van Intelligent Monitoring voor Overvoltagebeveiligingen

Om de problemen van online monitors aan te pakken, zal intelligent monitoring, door gebruik te maken van het Internet of Things en intelligente productie, zich in drie richtingen ontwikkelen:

2.1 Overdracht Methode: Gekoppeld → Draadloos

Huidig intelligent monitoring is voornamelijk afhankelijk van RS485 gekoppelde verbindingen, geschikt voor specifieke scenario's zoals transformatorhuizen. Voor lijnen en afgelegen gebieden is de overdrachtsafstand een beperking. Draadloze technologieën zoals LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things) en GPRS bieden brede dekking en lage energieverbruik. Vooral LoRa en NB-IoT, als opkomende IoT-technologieën, zullen in de toekomst bredere toepassingen zien.

2.2 Energievoorziening Methode: Actief → Passief

Momenteel is intelligent monitoring afhankelijk van externe DC-stroom. In de toekomst zal het evolueren naar passieve energievoorziening voor groene en laag-verbruiksbare operatie. Energieopwekking via lekkagestroom van overvoltagebeveiligingen, zonnepanelen of ingebouwde batterijen is haalbaar – het gebruik van lekkagestroom voor energieopslag is het meest voordelig, waardoor problemen zoals ontoereikende zonnestraling en frequente batterijvervanging worden voorkomen.

2.3 Installatiemethode: Extern → Intern

Huidig intelligent monitoring is voornamelijk extern – hoewel niet beperkt door grootte en gemakkelijk te vervangen, is het kwetsbaar voor omgevingsinvloeden. Interne installatie vereist integratie in de overvoltagebeveiligingsholte, wat kleinere maten vereist en technische barrières oplevert. Het elimineert echter externe omgevingsinvloeden, waardoor betere langetermijnstabiliteit wordt gegarandeerd.

3. Uitgebreide Monitoring Richtingen voor Overvoltagebeveiligingen

Op basis van storingmodi en -mechanismen zullen intelligente monitoring units zich richten op vier dimensies:

3.1 Druk Monitoring

Voor porseleinen overvoltagebeveiligingen van 35kV en hoger worden tijdens de productie heliummassaspectrometrische lekdetectie en vulling met hoogzuivere stikstof (micro-positieve druktechnologie) gebruikt om vochtinbreng te voorkomen en de isolatie te verbeteren. Langdurige werking zorgt echter voor slijtage van de sluiting, stikstoflekken en vochtinbreng, wat mogelijk tot explosies leidt. Intelligente monitoring units monitoren de interne druk in real-time; gegevensupload en platformanalyse stellen vroegwaarschuwingen in staat voor tijdige vervanging en reparatie.

3.2 Temperatuur en Luchtvochtigheidsmonitoring

Voor overvoltagebeveiligingen met isolatietubes/porseleinen behuizingen en interne lucht is strikte temperatuur- en luchtvochtigheidscontrole nodig bij assemblage. Intelligente units monitoren de interne omstandigheden, uploaden regelmatig gegevens en activeren alarmen wanneer limieten worden overschreden, waardoor proactieve bedrijfsvoering en -onderhoud mogelijk zijn.

3.3 Lekagestroom en Resistieve Stroom Monitoring

Deze stromen zijn kernindicatoren voor de prestaties van overvoltagebeveiligingen. Lange-termijnwerking, externe omgevingen en isolatorvervuiling veroorzaken weerstandveroudering en sluitingsslecht, waardoor stromen toenemen. Het monitoren van stroomtrends helpt bij het detecteren van verborgen gevaren en het voorkomen van ongelukken.

3.4 Impulsontladingstroom Monitoring

Het verzamelen van ontladingstijden, stroomgroottes en actietijden ondersteunt planning van bedrijfsvoering en -onderhoud en foutanalyse.

4. Technische Doorbraakrichtingen voor Intelligent Monitoring

Extern intelligent monitoring komt op (ongeconstrueerd door ruimte, hoog compatibel), maar intern monitoring is in de kinderschoenen, en staat voor drie technische uitdagingen:

4.1 Optimalisatie van Energieopwekking

Intern monitoring is afhankelijk van de lekkagestroom van de overvoltagebeveiliging voor energie, maar kleine stromen belemmeren real-time transmissie. Het combineren van lekkagestroomopwekking met ingebouwde batterijen verkort de gegevensoverdrachtcycli, waardoor een evenwicht tussen energievoorziening en datatransfer wordt bereikt.

4.2 Versterking van Signaaloverdracht

Interne integratie blootstelt monitors aan signaalverzwakking/afscherming van overvoltagebeveiligingen en componenten; hoge-spannings elektrische velden veroorzaken ook interferentie. Signalen moeten worden geoptimaliseerd voor betere penetratie en anti-elektromagnetische interferentie.

4.3 Levensduurbewijs en Betrouwbaarheid

Intern monitoring is moeilijk te vervangen; overvoltagebeveiligingen vereisen een ontwerp levensduur van 30 jaar (in de praktijk meer dan 20 jaar). De levensduur van monitoring units moet hiermee overeenkomen, en warmte van overvoltagebeveiligingsacties mag de modulebetrouwbaarheid niet beïnvloeden.

5. Huidige Toepassingen van Intelligent Monitoring

Intelligent monitoring bevindt zich nog in pilotfase, voornamelijk toegepast in energie- en spoorwegdemonstratieprojecten (bijvoorbeeld de intelligente tractie-transformator in Xiongan, 750kV Yan'an Smart Substation, en UHV DC converter stations). Pilots verifiëren de technische haalbaarheid, met intelligente-gemonitoreerde overvoltagebeveiligingen die aan de prestatie-eisen voldoen.

6. Conclusie

Intelligent monitoring stelt real-time online statusvolg in, verbetert de nauwkeurigheid van risicoidentificatie en vermindert de moeilijkheid van bedrijfsvoering en -onderhoud. Ondanks resterende technische uitdagingen, afgestemd op intelligente, groene en milieuvriendelijke trends, zal het geleidelijk traditionele online monitors vervangen. Wijdverspreide toepassing in energie- en spoorwegsystemen zal de netwerkveiligheid versterken en duurzame energieontwikkeling ondersteunen.