Как онлайн наблюдението на температурата подобрява безопасността на мрежата и ефективността на поддръжката

Електропроводната система е голяма мрежа, съставена от множество свързани компоненти, включително производство, пренос, подстанции, разпределение и потребителско оборудване. Повредите в електрическото оборудване не само могат да доведат до непредвидени прекъсвания и финансови загуби за електроенергийните дружества, но и могат да причинят значителни икономически щети на потребителите. Ето защо надеждността и функционирането на тези устройства директно определят стабилността и безопасността на цялата електропроводна система, както и икономическата ефективност, качеството на електроенергията и надеждността на услугите, предоставяни от енергийните компании.

Онлайн мониторинг на електрическото оборудване – в комбинация с напредъци в изчислителните методи за анализ на събраните данни – позволява ранно откриване на потенциални дефекти, облекчава профилактични действия и подкрепя научната диагностика на дефекти и обслужване, основано на състояние. Това играе ключова роля за повишаване на надеждността и безопасността на операциите на електропроводната система.

С постоянните напредъци и зрялостта на онлайн мониторинг технологиите, както и успешните приложения в китайския енергийен сектор през последните години, обслужването, основано на състояние, е постепенно заместило традиционното временово базирано обслужване и станало неизбежна тенденция. Още през 2010 г. Китайската държавна електропроводна корпорация издаде Технически указания за онлайн мониторинг системи на оборудването на подстанциите и започна комплексна имплементация на обслужване, основано на състояние, с цел да увеличи интелигентността на оборудването, да продвижи умни устройства и технологии, и да постигне онлайн предупреждения за безопасност и интелигентен мониторинг на оборудването.

В момента онлайн мониторинг се фокусира главно върху основното оборудване в подстанциите, включително:

• Капацитивно оборудване: онлайн мониторинг на капацитета и диелектричната загуба (tanδ)

• Металооксидни близначи: онлайн мониторинг на общия течещ ток и резистивния ток

• Трансформатори: онлайн мониторинг на анализа на разтворените газове (DGA) в изолационното масло, ултра-високочестотен (UHF) частичен разряд (PD), PD и tanδ на бушингите, и динамични характеристики на переключвателите при нагрузка

• GIS: UHF частичен разряд и съдържание на влага (микро-вода)

• Апаратурата: механични характеристики и мониторинг на плътността на SF₆ газа

1. Необходимостта от онлайн температурен мониторинг на електрическото оборудване

Температурата е ключов показател за нормалното функциониране на основното оборудване. Връзките в електрооборудването може да пострадат от слабо затягане, недостиг на налягане или деградация на контактната повърхност поради термично циклиране, движение на основата, производствени дефекти, околната среда, тежко препълване или окисление. Тези проблеми увеличават контактното съпротивление, което води до температурно повишение при протичане на ток. Това ускорява стареенето на изолацията, намалява жизнения цикъл на оборудването и в сериозни случаи, може да спровокира дъга, повреди, разширени щети, или дори пожар и взрив, особено в движими и фиксирани контакти на изключвателите, които имат висок процент на повреди. Всички тези фактори представляват постоянна заплаха за безопасното функциониране на оборудването.

В момента, повечето температурни мониторинги зависят от традиционни методи като восъчни температурни индикатори и периодична инфрачервена термография. Тези подходи имат няколко недостатъка:

• Восъчните индикатори са склонни към остаряване и отпадане, имат тясна температурна гама, ниска точност, изискват ръчно четене и не могат да подкрепят автоматизирано управление;

• Инфрачервените термометри изискват линейно измерване, са влияни от околната среда и често не успяват, когато са блокирани;

• Ръчните проверки са трудоемки, изискват близко разстояние (което представлява риск за безопасността) и липсват реално време;

• Офлайн мониторингът не улавя температурни тенденции или открива аномалии навреме.

Ето защо традиционните офлайн методи вече не отговарят на изискванията за ефективно, безопасно и надеждно функциониране на електропроводната система. Има спешна нужда от онлайн мониторинг технологии, които позволяват реално време следене на температурата, навременно откриване на аномалии и предотвратяване на повреди на оборудването и аварии. Освен това, онлайн температурният мониторинг разширява обхвата на контрола на състоянието, предоставяйки важни оперативни параметри за обслужване, основано на състояние, и значително допринася за безопасното и стабилното функциониране както на отделните устройства, така и на цялата електропроводна система.

2. Развитие на онлайн температурни мониторинг технологии за електрическото оборудване

Онлайн температурните мониторинг технологии типично интегрират напредъчни сензорни системи, комуникационни мрежи, компютърни и информационни обработки, експертни анализаторни системи и хранилища на данни. С постоянните технически напредъци, тази област се развива към автоматизация, интелигентност и практичност.

2.1 Приложение на Интернет на нещата (IoT) технология

IoT се счита за следващата вълна на информационните технологии след компютрите и интернета, и е признат като национална стратегическа емерджентна индустрия в Китай, явно интегрирана в развитието на умната мрежа. IoT свързва физически обекти с интернет чрез сензори като RFID, GPS и лазерни скенери, позволявайки интелигентна идентификация, проследяване, мониторинг и управление чрез размена на информация.

Архитектурата на IoT за температурен мониторинг на електрическото оборудване се състои от три слоя: восприятие, мрежа и приложение.

• Слой на восприятие: Събира реално време температурни данни, използвайки сензори (например, контактни или инфрачервени типове), инсталирани директно на оборудването. Късо разстояние безжични технологии като Zigbee, 2.4G или 433M се използват за предаване на сигнали, осигурявайки изолация на високо напрежение.

• Мрежов слой: Предава данни между слоя на восприятие и слоя на приложение. Използва сигурни, надеждни и реално време електроенергийни комуникационни мрежи – главно оптически влакна, допълнени с електроенергийни линии-носители и цифрови микровълнови системи.

• Приложен слой: Обработва, анализира и визуализира температурните данни в много устройства, предлагайки услуги като предупреждения за аномалии, анализ на тенденции, онлайн диагностика и споделяне на данни чрез интелигентни платформи.

IoT позволява комплексно, реално време осведомяване, надеждно свързване и интелигентен анализ на данни, формирайки основата за силни и мащабируеми системи за температурен мониторинг.

2.2 Пасивни сензорни технологии – Заменяне на батерийната мощност

Большинството безжични температурни сензори зависят от батерии, които срещат предизвикателства в условия на високо напрежение, висок ток и електромагнитен шум. Батериите имат ограничен живот, изискват честа замяна и представляват риск от експлозия в условия на висока температура, ограничавайки надеждността и безопасността на системата.

За преодоляване на тези ограничения, пасивните сензорни технологии, включително извлечение на енергия от електрически/магнитни полета, RF мощност, термични градиенти и повърхностни акустични вълни, се развиват като бъдеща насока. Пасивните сензори предлагат ясни преимущества:

• Безподдръжно функциониране в целия живот на оборудването, подобряващо надеждността на системата

• Няма батерия, няма риск от експлозия и непрекъснато наблюдение на висока температура за ранно откриване на дефекти;

• Намалено използване на батерии, намаляващо екологичното въздействие, добавящо социална стойност.

2.3 Интегриран температурен мониторинг на точки-линии-повърхности

Този подход комбинира различни стратегии за мониторинг, основавайки се на типа и критичността на оборудването, за оптимално покритие.

• Мониторинг на точки: Целеви локализирани горещи точки като контакти на апаратурата, шини и кабелни съединения, където външната проверка е трудна. Сензори се инсталират директно в тези точки за реално време мониторинг.

• Мониторинг на линии: Фокусира се върху високонапрежни електропроводни кабели в кабелни тунели, каналета или трее. Прегряването може да причини пожар и широко разпространени прекъсвания. Широко се използва распределена оптическа влакна чувствителност (DTS), предлагащи изолация, коррозионна устойчивост, устойчивост към висока температура и невъзприемчивост към електромагнитна интерференция. DTS позволява непрекъснат, точен температурен профил във всички дължини на кабела, с точна локация на дефектите за бързо реагиране.

Мобилни приложения – Реално време мониторинг, където и когато и да е

С увеличаването на мобилната мрежова ширина на лентата и мощните смартфони и таблети – особено в ерата на 4G – мобилните приложения са станали есенциални инструменти в предприемаческите операции. Мобилността, удобството, своевременността и персонализираността им са широко приети в управлението на енергийните услуги.

Интеграцията на данни за мониторинг на оборудването в мобилни приложения чрез интернет и мобилни мрежи принася ключови предимства:

• Преодолява ограниченията на традиционните интранет системи, позволяващи реално време достъп до състоянието на оборудването, където и когато и да е;

• Подобрява ефективността на проверките с функции като цифрово записване, фотографиране, маркиране с GPS и сканиране на QR кодове, превръщайки обходите в мобилни, цифрови и интелигентни процеси.

• По време на бедствия, персоналът може бързо да локализира дефекти, да види реално време и исторически данни, и да реагира по-бързо, минимизирайки продължителността и обхвата на прекъсванията.

Мобилните приложения премахват пространствените и временни бариери, подобряват оперативната ефективност, увеличават безопасността на оборудването и подкрепят устойчивия растеж на енергийните услуги.

3. Заключение

Онлайн контрол на състоянието, особено температурен мониторинг, е ключов компонент на бъдещите умни мрежи, помагайки на енергийните компании да подобрят безопасността на оборудването и икономическата ефективност. С напредъка на технологиите, температурният мониторинг ще се развива към комплексни, интелигентни и практични решения. Интеграцията с IoT, мобилни приложения и други изникващи технологии ще дефинират бъдещата траектория на тази област.