Monitoramento Inteligente de Para-raios: Tendências, Desafios e Perspectivas Futuras
1. Situação Atual e Deficiências dos Monitoramentos Online
Atualmente, os monitoramentos online são as ferramentas mais comumente utilizadas para o monitoramento de para-raios. Embora possam detectar defeitos potenciais, eles têm limitações significativas: é necessária a gravação manual de dados no local, o que impede o monitoramento em tempo real; e a análise de dados pós-coleta adiciona complexidade operacional. O monitoramento inteligente baseado em IoT supera esses problemas - os dados coletados são enviados via IoT para plataformas de processamento, e, combinados com a análise de big data, identificam perigos ocultos e fornecem alertas antecipados, reduzindo efetivamente a dificuldade da operação e manutenção de energia.
1.1 Defeitos dos Monitoramentos Online Atuais
Como um método central de monitoramento para para-raios, os monitoramentos online expõem diversos problemas na aplicação:
2. Tendências de Desenvolvimento do Monitoramento Inteligente para Para-Raios
Para abordar os problemas dos monitoramentos online, aproveitando a Internet das Coisas e a manufatura inteligente, o monitoramento inteligente será atualizado em três direções:
2.1 Método de Transmissão: Fio → Sem Fio
O monitoramento inteligente atual depende principalmente de conexões com fio RS485, adequadas apenas para cenários específicos, como subestações. Para linhas e áreas remotas, a distância de transmissão é uma restrição. Tecnologias sem fio, como LoRa, NB-IoT (Internet das Coisas de Banda Estreita) e GPRS, oferecem ampla cobertura e baixo consumo de energia. Especialmente LoRa e NB-IoT, como tecnologias emergentes de IoT, terão aplicações mais amplas no futuro.
2.2 Método de Alimentação: Ativa → Passiva
Atualmente, o monitoramento inteligente depende de alimentação DC externa. No futuro, evoluirá para alimentação passiva para operação verde e de baixo consumo. A captação de energia através da corrente de fuga do para-raios, painéis solares ou baterias embutidas é viável - usar a corrente de fuga para armazenamento de energia é a opção mais vantajosa, evitando problemas como insuficiência de radiação solar e substituição frequente de baterias.
2.3 Método de Instalação: Externo → Interno
O monitoramento inteligente atual é principalmente externo - embora não seja limitado pelo tamanho e seja fácil de substituir, é vulnerável a influências ambientais. A instalação interna requer integração na cavidade do para-raios, exigindo tamanhos menores e enfrentando barreiras técnicas. No entanto, elimina as influências ambientais externas, garantindo melhor estabilidade a longo prazo.
3. Direções Expandidas de Monitoramento para Para-Raios
Com base nos modos e mecanismos de falha, as unidades de monitoramento inteligente se concentrarão em quatro dimensões:
3.1 Monitoramento de Pressão
Para para-raios de porcelana acima de 35kV, a detecção de vazamento por espectrometria de massa de hélio e o enchimento com nitrogênio de alta pureza (tecnologia de micro-pressão positiva) são usados durante a fabricação para evitar a intrusão de umidade e melhorar a isolamento. No entanto, a operação a longo prazo causa o envelhecimento do selo, vazamento de nitrogênio e entrada de umidade, potencialmente levando a explosões. As unidades de monitoramento inteligente monitoram a pressão interna em tempo real; o envio de dados e a análise na plataforma permitem alertas antecipados para substituição e reparo oportunas.
3.2 Monitoramento de Temperatura e Umidade
Para para-raios com tubos de isolamento/casas de porcelana e ar interno, a montagem requer controle rigoroso de temperatura e umidade. As unidades inteligentes monitoram as condições internas, enviam dados regularmente e acionam alarmes quando os limites são ultrapassados, permitindo a manutenção proativa.
3.3 Monitoramento de Corrente de Fuga e Corrente Resistiva
Essas correntes são indicadores centrais do desempenho do para-raios. A operação a longo prazo, ambientes externos e poluição do isolante causam o envelhecimento do resistor e falha do selo, aumentando as correntes. O monitoramento das tendências de corrente ajuda a detectar perigos ocultos e prevenir acidentes.
3.4 Monitoramento de Corrente de Descarga de Impulso
A coleta de vezes de descarga, magnitudes de corrente e tempos de ação suporta o planejamento de operação e manutenção e a análise de falhas.
4. Direções de Avanço Técnico para o Monitoramento Inteligente
O monitoramento inteligente externo está emergindo (não limitado pelo espaço, altamente compatível), mas o monitoramento interno está em sua infância, enfrentando três desafios técnicos:
4.1 Otimização da Captação de Energia
O monitoramento interno depende da corrente de fuga do para-raios para energia, mas correntes pequenas impedem a transmissão em tempo real. A combinação da captação de corrente de fuga com baterias embutidas encurta os ciclos de transmissão de dados, equilibrando o fornecimento de energia e a transferência de dados.
4.2 Melhoria da Transmissão de Sinal
A integração interna expõe os monitores à atenuação/bloqueio de sinal dos para-raios e componentes; campos elétricos de alta tensão também interferem. Os sinais devem ser otimizados para melhor penetração e anti-interferência eletromagnética.
4.3 Verificação de Vida Útil e Confiabilidade
O monitoramento interno é difícil de substituir; os para-raios requerem vida útil de design de 30 anos (mais de 20 anos na prática). A vida útil das unidades de monitoramento deve corresponder, e o calor gerado pelas ações do para-raios não deve afetar a confiabilidade do módulo.
5. Aplicações Atuais do Monitoramento Inteligente
O monitoramento inteligente ainda está em fase piloto, sendo principalmente aplicado em projetos demonstrativos de energia e ferrovias (por exemplo, a subestação de tração inteligente em Xiongan, a Subestação Inteligente de 750kV Yan'an e as estações conversoras de UHV DC). Os pilotos verificam a viabilidade técnica, com para-raios monitorados inteligentemente atendendo às expectativas de desempenho.
6. Conclusão
O monitoramento inteligente permite o rastreamento em tempo real do status online, melhorando a precisão da identificação de riscos e reduzindo a dificuldade da operação e manutenção. Apesar dos desafios técnicos remanescentes, alinhado com as tendências inteligentes, verdes e ecológicas, ele gradualmente substituirá os monitores online tradicionais. A adoção generalizada em sistemas de energia e ferrovias fortalecerá a segurança da rede e apoiará o desenvolvimento sustentável de energia.
