การตรวจสอบอุปกรณ์ต้านทานฟ้าผ่าอัจฉริยะ: แนวโน้ม ความท้าทาย และภาพรวมในอนาคต

1. สถานะปัจจุบันและข้อจำกัดของเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์

ในปัจจุบัน เครื่องมือตรวจสอบออนไลน์เป็นเครื่องมือที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า แม้ว่าจะสามารถตรวจจับความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้ แต่ก็มีข้อจำกัดที่สำคัญเช่น การบันทึกข้อมูลบนไซต์โดยตรงซึ่งไม่สามารถตรวจสอบแบบเรียลไทม์ได้ และการวิเคราะห์ข้อมูลหลังจากการรวบรวมทำให้การทำงานซับซ้อนมากขึ้น การตรวจสอบอัจฉริยะที่ใช้เทคโนโลยี IoT สามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ โดยข้อมูลที่รวบรวมถูกส่งผ่าน IoT ไปยังแพลตฟอร์มประมวลผล และเมื่อรวมกับการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ จะสามารถระบุอันตรายที่ซ่อนอยู่และให้คำเตือนล่วงหน้า ช่วยลดความยากลำบากในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาไฟฟ้า

1.1 ข้อบกพร่องของเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์ในปัจจุบัน

ในฐานะวิธีการตรวจสอบหลักสำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า เครื่องมือตรวจสอบออนไลน์เผชิญกับปัญหามากมายในการใช้งาน:

• ความสามารถในการปรับตัวกับสภาพแวดล้อมต่ำ: อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าส่วนใหญ่ติดตั้งภายนอกอาคาร และการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมในระยะยาวทำให้เครื่องมือตรวจสอบเสื่อมสภาพและมีปัญหาเรื่องการปิดผนึก ทำให้อุปกรณ์เสียหายและไม่สามารถสังเกตุข้อมูลได้

• ความเสียหายของส่วนประกอบกลไก: เมตรวัดกระแสส่วนใหญ่ใช้เข็มกลไก ความเปลี่ยนแปลงทางความร้อนหรือการติดขัดของกลไกอาจทำให้เข็มติด และแสดงค่ากระแสรั่วผิดพลาด ส่วนตัวนับจำนวนการทำงานด้วยกลไกก็มักจะติดขัด ทำให้ความแม่นยำในการนับลดลง

• การดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่พึ่งพาคนงาน: จำเป็นต้องบันทึกเวลาการปล่อยประจุและกระแสรั่วโดยพนักงานปฏิบัติการและบำรุงรักษาบนไซต์ ในกรณีพิเศษ (พื้นที่ที่เข้าถึงยาก) ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์หรือโดรน ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

• ความยากในการระบุข้อมูล: จำกัดโดยคุณภาพของเครื่องมือตรวจสอบ พนักงานปฏิบัติการและบำรุงรักษาพบความยากในการตัดสินใจสถานะของอุปกรณ์จากข้อมูลที่แสดง

2. แนวโน้มการพัฒนาการตรวจสอบอัจฉริยะสำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า

เพื่อแก้ไขปัญหาของเครื่องมือตรวจสอบออนไลน์ โดยใช้ประโยชน์จากอินเทอร์เน็ตออฟธิงส์และเทคโนโลยีการผลิตอัจฉริยะ การตรวจสอบอัจฉริยะจะได้รับการปรับปรุงในสามทิศทาง:

2.1 วิธีการส่งข้อมูล: สายไฟ → ไร้สาย

การตรวจสอบอัจฉริยะในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมต่อสายไฟ RS485 ซึ่งเหมาะสมเฉพาะกับสถานการณ์บางอย่าง เช่น สถานีแปลงไฟฟ้า สำหรับสายส่งและพื้นที่ไกล การส่งข้อมูลในระยะไกลเป็นข้อจำกัด เทคโนโลยีไร้สายเช่น LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things), และ GPRS มีการครอบคลุมที่กว้างและใช้พลังงานต่ำ โดยเฉพาะ LoRa และ NB-IoT ซึ่งเป็นเทคโนโลยี IoT ใหม่ จะมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอนาคต

2.2 วิธีการจ่ายไฟ: ใช้ไฟฟ้า → ไม่ใช้ไฟฟ้า

ในปัจจุบัน การตรวจสอบอัจฉริยะขึ้นอยู่กับแหล่งจ่ายไฟ DC จากภายนอก ในอนาคตจะพัฒนาไปสู่การจ่ายไฟโดยไม่ใช้ไฟฟ้า เพื่อการดำเนินงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและใช้พลังงานต่ำ การเก็บพลังงานจากการรั่วไหลของกระแสในอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า แผงโซลาร์เซลล์ หรือแบตเตอรี่ภายในเป็นไปได้ การใช้กระแสรั่วไหลในการเก็บพลังงานเป็นวิธีที่มีประโยชน์มากที่สุด หลีกเลี่ยงปัญหาเช่น แสงแดดไม่เพียงพอและการเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยๆ

2.3 วิธีการติดตั้ง: ภายนอก → ภายใน

การตรวจสอบอัจฉริยะในปัจจุบันส่วนใหญ่ติดตั้งภายนอก แม้จะไม่จำกัดขนาดและง่ายต่อการเปลี่ยน แต่ก็ไวต่อผลกระทบจากสภาพแวดล้อม การติดตั้งภายในต้องการการรวมเข้ากับช่องว่างภายในอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า ต้องมีขนาดเล็กและเผชิญกับอุปสรรคทางเทคนิค แต่จะสามารถกำจัดผลกระทบที่มาจากภายนอก ทำให้มีความมั่นคงในระยะยาวมากขึ้น

3. ทิศทางการขยายการตรวจสอบสำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า

ตามโหมดและกลไกของความเสียหาย หน่วยตรวจสอบอัจฉริยะจะมุ่งเน้นในสี่มิติ:

3.1 การตรวจสอบแรงดัน

สำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ใช้โครงกระเบื้องเซรามิก 35kV ขึ้นไป การตรวจสอบรั่วไหลด้วยฮีเลียมสเปกโตรสโคปีและการเติมไนโตรเจนบริสุทธิ์สูง (เทคโนโลยีแรงดันบวกเล็กน้อย) ใช้ในการผลิตเพื่อป้องกันการแทรกซึมของความชื้นและเพิ่มความฉนวน แต่การดำเนินงานระยะยาวทำให้การปิดผนึกเสื่อมสภาพ ไนโตรเจนรั่วไหล และความชื้นแทรกซึม อาจนำไปสู่การระเบิด หน่วยตรวจสอบอัจฉริยะตรวจสอบแรงดันภายในแบบเรียลไทม์ การส่งข้อมูลและการวิเคราะห์บนแพลตฟอร์มช่วยให้สามารถเตือนล่วงหน้าได้ทันท่วงทีสำหรับการเปลี่ยนและซ่อมแซม

3.2 การตรวจสอบอุณหภูมิและความชื้น

สำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ใช้ท่อฉนวน/โครงกระเบื้องเซรามิกและอากาศภายใน การประกอบต้องควบคุมอุณหภูมิและความชื้นอย่างเคร่งครัด หน่วยอัจฉริยะตรวจสอบสภาพภายใน ส่งข้อมูลอย่างสม่ำเสมอ และแจ้งเตือนเมื่อเกินขีดจำกัด ช่วยให้สามารถดำเนินการและบำรุงรักษาอย่างทันท่วงที

3.3 การตรวจสอบกระแสรั่วไหลและกระแสต้านทาน

กระแสเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้หลักของประสิทธิภาพของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า การดำเนินงานระยะยาว สภาพแวดล้อมภายนอก และการปนเปื้อนของฉนวนทำให้ตัวต้านทานเสื่อมสภาพและการปิดผนึกเสื่อม ทำให้กระแสเพิ่มขึ้น การตรวจสอบแนวโน้มของกระแสช่วยให้สามารถตรวจจับอันตรายที่ซ่อนอยู่และป้องกันอุบัติเหตุได้

3.4 การตรวจสอบกระแสปล่อยประจุกระชาก

การรวบรวมเวลาการปล่อยประจุ ขนาดของกระแส และเวลาการทำงานสนับสนุนการวางแผนการดำเนินการและการวิเคราะห์ความเสียหาย

4. ทิศทางการพัฒนาทางเทคนิคสำหรับการตรวจสอบอัจฉริยะ

การตรวจสอบอัจฉริยะภายนอกกำลังเกิดขึ้น (ไม่จำกัดพื้นที่ ความเข้ากันได้สูง) แต่การตรวจสอบภายในยังอยู่ในระยะเริ่มต้น ต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคสามประการ:

4.1 การเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บพลังงาน

การตรวจสอบภายในขึ้นอยู่กับกระแสรั่วไหลจากอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าในการเก็บพลังงาน แต่กระแสเล็ก ๆ ทำให้การส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ยาก การรวมการเก็บพลังงานจากกระแสรั่วไหลกับแบตเตอรี่ภายในช่วยลดวงจรการส่งข้อมูล ทำให้สมดุลระหว่างการจ่ายพลังงานและการส่งข้อมูล

4.2 การเพิ่มประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ

การรวมเข้ากับภายในทำให้เครื่องมือตรวจสอบเผชิญกับการลดลงหรือการป้องกันสัญญาณจากอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าและส่วนประกอบ สนามไฟฟ้าแรงสูงก็ยังสร้างการรบกวน สัญญาณต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อการทะลุผ่านและต้านทานการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีขึ้น

4.3 การตรวจสอบอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือ

การตรวจสอบภายในยากต่อการเปลี่ยน อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าต้องการการออกแบบให้มีอายุการใช้งาน 30 ปี (ในทางปฏิบัติมากกว่า 20 ปี) หน่วยตรวจสอบต้องมีอายุการใช้งานที่สอดคล้องกัน และความร้อนจากการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าไม่ควรส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของโมดูล

5. การใช้งานในปัจจุบันของการตรวจสอบอัจฉริยะ

การตรวจสอบอัจฉริยะยังอยู่ในระยะทดลอง ใช้งานหลักในโครงการสาธิตด้านพลังงานและรถไฟ (เช่น สถานีแปลงไฟฟ้าอัจฉริยะในเซี่ยงไฮ้ สถานีแปลงไฟฟ้าอัจฉริยะ 750kV ยานาน และสถานีแปลงไฟฟ้า UHV DC) การทดลองยืนยันความเป็นไปได้ทางเทคนิค อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ได้รับการตรวจสอบอัจฉริยะตอบสนองความคาดหวังในด้านประสิทธิภาพ

6. สรุป

การตรวจสอบอัจฉริยะช่วยให้สามารถติดตามสถานะออนไลน์แบบเรียลไทม์ ปรับปรุงความแม่นยำในการระบุความเสี่ยง และลดความยากลำบากในการดำเนินงานและการบำรุงรักษา แม้จะมีความท้าทายทางเทคนิคที่ยังคงอยู่ แต่ก็สอดคล้องกับแนวโน้มที่เป็นอัจฉริยะ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และประหยัดพลังงาน จะค่อยๆ แทนที่เครื่องมือตรวจสอบออนไลน์แบบเดิม การใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบพลังงานและรถไฟจะเสริมความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าและสนับสนุนการพัฒนาพลังงานที่ยั่งยืน