Jak trendy online sledování teploty zlepšují bezpečnost sítě a efektivitu údržby

Elektrický systém je rozsáhlá síť složená z mnoha vzájemně propojených komponentů, včetně výroby, přenosu, transformovny, distribuce a zařízení koncových uživatelů. Selhání elektrického zařízení může vést nejen k neočekávaným výpadkům a finančním ztrátám pro dodavatele energie, ale také způsobit významné ekonomické škody spotřebitelům. Proto spolehlivost a operační stav těchto zařízení přímo určují stabilitu a bezpečnost celého elektrického systému, stejně jako ekonomickou výkonnost, kvalitu dodávky energie a spolehlivost služeb dodavatelů.

Online monitorování elektrického zařízení ve spojení s pokročilými výpočetními metodami pro analýzu shromážděných dat umožňuje rané odhalení potenciálních vad, podporuje preventivní opatření a podporuje vědeckou diagnostiku poruch a údržbu založenou na stavu. Toto hraje klíčovou roli v zvyšování spolehlivosti a bezpečnosti provozu elektrického systému.

S neustálým pokrokem a zralostí technologií online monitorování a jejich úspěšným uplatněním v čínském energetickém sektoru v posledních letech se údržba založená na stavu postupně stala náhradou tradiční údržby založené na čase a stala se nevyhnutelnou tendencí. Již v roce 2010 vydala Státní síť Číny Technické směrnice pro online monitorovací systémy zařízení v transformovnách a začala s komplexní implementací údržby založené na stavu, která má za cíl zvýšit inteligenci zařízení, podporovat chytré zařízení a technologie a dosáhnout online bezpečnostních varování a inteligentního monitorování zařízení.

V současné době se online monitorování primárně zaměřuje na hlavní zařízení v transformovnách, včetně:

• Kondenzátorová zařízení: online monitorování kapacity a dielektrických ztrát (tanδ)

• Kovové oxidové ochranné čidlo: online monitorování celkového unikajícího proudu a odporového proudu

• Transformátory: online monitorování analýzy rozpouštěných plynů (DGA) v izolačním oleji, ultra-vysoké frekvence (UHF) částečných výbojů (PD), PD a tanδ u vývodů a dynamických charakteristik čidlo změny napětí pod zátěží

• GIS: UHF částečné výboje a obsah vlhkosti (mikrovoda)

• Vypínače: monitorování mechanických charakteristik a hustoty plynu SF₆

1. Nutnost online teplotního monitorování elektrického zařízení

Teplota je klíčovým ukazatelem normálního fungování hlavního zařízení. Připojovací body v elektrickém zařízení mohou trpět volným stlačením, nedostatkem tlaku nebo degradací kontaktní plochy kvůli termickému cyklu, posunu základny, výrobním vadám, environmentálnímu znečištění, závažné přetížení nebo oxidaci. Tyto problémy zvyšují kontaktní odpor, což vedou k teplotnímu nárůstu při průtoku proudu. To urychluje stárnutí izolace, snižuje životnost zařízení a v extrémních případech může vyvolat obloukové poruchy, shoření zařízení, rozšířené poškození nebo dokonce požáry a exploze – zejména na pohyblivých a pevných kontaktech vypínačů, které mají vysokou míru selhání. Všechno toto představuje trvalé ohrožení bezpečného provozu zařízení.

V současné době se většina teplotního monitorování spoléhá na tradiční metody, jako jsou voskové teplotní indikátory a periodická infračervená termografie. Tyto přístupy mají několik nedostatků:

• Voskové indikátory jsou náchylné k stárnutí a odlučování, mají úzké teplotní rozmezí, nízkou přesnost, vyžadují ruční čtení a nepodporují automatizované řízení;

• Infračervené teploměry vyžadují měření přímé viditelnosti, jsou ovlivněny okolními podmínkami a často selhávají, pokud jsou blokovány;

• Ruční inspekce jsou pracně náročné, vyžadují blízkost (což představuje bezpečnostní riziko) a nemají schopnost reálného času;

• Offline monitorování nedokáže zachytit teplotní trendy nebo včas detekovat anomálie.

Tedy tradiční offline metody již nesplňují požadavky na efektivní, bezpečný a spolehlivý provoz elektrického systému. Je naléhavě potřeba technologií online monitorování, které umožňují reálné sledování teploty, včasnou detekci anomálií a prevenci poškození zařízení a elektrických nehod. Kromě toho online teplotní monitorování rozšiřuje rozsah stavového monitorování, poskytuje klíčové provozní parametry pro údržbu založenou na stavu a významně přispívá k bezpečnému a stabilnímu provozu jak jednotlivých zařízení, tak celého elektrického systému.

2. Vývojové trendy v technologii online teplotního monitorování elektrického zařízení

Technologie online teplotního monitorování obvykle integruje pokročilé senzorové systémy, komunikační sítě, počítače a informační zpracování, expertní analytické systémy a databázové úložiště. S neustálým technologickým pokrokem se tento obor vyvíjí směrem k automatizaci, inteligenci a praktičnosti.

2.1 Aplikace technologie Internetu věcí (IoT)

IoT je považován za další vlnu informačních technologií po počítačích a internetu a byl uznán jako národní strategický nový průmysl v Číně, explicitně začleněn do vývoje inteligentních sítí. IoT propojuje fyzické objekty s internetem prostřednictvím senzorů, jako jsou RFID, GPS a laserové skenerovací systémy, umožňující inteligentní identifikaci, sledování, monitorování a správu prostřednictvím výměny informací.

Architektura IoT pro teplotní monitorování elektrického zařízení se skládá ze tří vrstev: vnímání, sítě a aplikace.

• Vrstva vnímání: Shromažďuje reálná data o teplotě pomocí senzorů (např. kontaktových nebo infračervených) instalovaných přímo na zařízení. Krátkopásmové bezdrátové technologie, jako je Zigbee, 2.4G nebo 433M, jsou používány pro přenos signálu, což zajišťuje vysokonapěťovou izolaci.

• Vrstva sítě: Přenáší data mezi vrstvami vnímání a aplikace. Používá bezpečné, spolehlivé a reálně časové energetické komunikační sítě – především optické vlákno, doplněné o nosiče signálu přes elektrické vedení a digitální mikrodalové systémy.

• Aplikační vrstva: Zpracovává, analyzuje a vizualizuje teplotní data napříč mnoha zařízeními, nabízející služby, jako jsou varování o anomáliích, analýza trendů, online diagnostika a sdílení dat prostřednictvím inteligentních platform.

IoT umožňuje komplexní, reálné povědomí, spolehlivé spojení a inteligentní analýzu dat, formující základ pro robustní a škálovatelné systémy teplotního monitorování.

2.2 Pasivní senzorová technologie – nahrazování bateriového napájení

Většina bezdrátových teplotních senzorů se spoléhá na baterie, které čelí výzvám v prostředí s vysokým napětím, vysokým proudem a elektromagnetickým šumem. Baterie mají omezenou životnost, vyžadují častou výměnu a představují riziko výbuchu v podmínkách vysoké teploty, což omezují spolehlivost a bezpečnost systému.

Pro překonání těchto omezení se pasivní senzorové technologie, včetně využití energie z elektrických/magnetických polí, RF energie, teplotních gradientů a povrchových akustických vln, stávají budoucím směrem. Pasivní senzory nabízejí jasné výhody:

• Bezúdržbové provozování po celou dobu životnosti zařízení, což zlepšuje spolehlivost systému

• Bez baterie není riziko výbuchu a lze kontinuálně monitorovat vysoké teploty pro rané detekci vad;

• Snížení využití baterií snižuje dopad na životní prostředí, což přidává sociální hodnotu.

2.3 Integrované teplotní monitorování bod-čára-plocha

Tento přístup kombinuje různé strategie monitorování podle typu a důležitosti zařízení pro optimální pokrytí.

• Monitorování bodu: Zaměřuje se na lokální horké místy, jako jsou kontakty vypínačů, sběrnice a spoje kabelů, kde je externí kontrola obtížná. Senzory jsou nainstalovány přímo na těchto místech pro reálné monitorování.

• Monitorování čáry: Soustředí se na vysokonapěťové elektrické kabely v kabelových tunelech, příkopích nebo drážkách. Přehřátí může způsobit požáry a rozsáhlé výpadky. Rozprostřené optické vláknové senzory (DTS) jsou široce používány, nabízejí izolaci, odolnost proti korozi, vysokou tepelnou odolnost a imunitu proti elektromagnetickému rušení. DTS umožňuje kontinuální a přesné profilování teploty po celé délce kabelu s přesnou lokalizací poruchy pro rychlou odezvu.

Mobilní aplikace – Reálné monitorování kdekoli a kdykoli

S rostoucí šířkou pásma mobilních sítí a silnými smartphony a tablety – zejména v éře 4G – se mobilní aplikace staly nezbytnými nástroji v podnikových operacích. Jejich pohyblivost, pohodlí, aktuálnost a personalizace jsou široce používány v správě dodavatelů.

Integrace dat o monitorování zařízení do mobilních aplikací prostřednictvím internetu a mobilních sítí přináší klíčové výhody:

• Lámá omezení tradičních intranetových systémů, umožňuje reálné přístup ke stavu zařízení kdekoli a kdykoli;

• Zvyšuje efektivitu inspekce funkcemi, jako je digitální záznam, fotografování, GPS označování a skenování QR kódů, transformující patrolové inspekce v mobilní, digitální a inteligentní proces.

• Během nouzových situací mohou pracovníci rychle lokalizovat poruchy, zobrazit reálná a historická data a reagovat rychleji, minimalizují dobu a rozsah výpadku.

Mobilní aplikace eliminují prostorové a časové bariéry, zlepšují operační efektivitu, zvyšují bezpečnost zařízení a podporují udržitelný růst dodavatelů.

3. Závěr

Technologie online stavového monitorování, zejména teplotního monitorování, je klíčovou součástí budoucích inteligentních sítí, pomáhající dodavatelům zlepšit bezpečnost zařízení a ekonomickou výkonnost. S pokrokem technologie se teplotní monitorování vyvíjí směrem k komplexním, inteligentním a praktickým řešením. Integrace s IoT, mobilními aplikacemi a jinými vynikajícími technologiemi definuje budoucí trajektorii tohoto oboru.