Wie Online-Temperaturüberwachungstrends die Netzsicherheit und den Wartungseffizienz verbessern

Ein Stromnetz ist ein großes Netzwerk, das aus zahlreichen miteinander verbundenen Komponenten besteht, einschließlich Erzeugung, Übertragung, Umspannwerken, Verteilung und Endnutzergeräten. Ausfälle von elektrischen Geräten können nicht nur zu unerwarteten Stromausfällen und finanziellen Verlusten für Energieversorgungsunternehmen führen, sondern auch zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden für Verbraucher. Daher bestimmen die Zuverlässigkeit und der Betriebszustand dieser Geräte direkt die Stabilität und Sicherheit des gesamten Stromnetzes sowie die wirtschaftliche Leistung, die Stromqualität und die Dienstleistungszuverlässigkeit der Versorgungsunternehmen.

Die Online-Überwachung von elektrischen Geräten in Kombination mit fortschrittlichen Berechnungsverfahren zur Analyse der gesammelten Daten ermöglicht die frühzeitige Erkennung potenzieller Fehler, fördert präventive Maßnahmen und unterstützt eine wissenschaftliche Fehlersuche und zustandsorientierte Wartung. Dies spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromnetzbetriebe.

Mit den ständigen Fortschritten und der Reife der Online-Überwachungstechnologien sowie erfolgreichen Anwendungen im chinesischen Energiensektor in den letzten Jahren hat die zustandsorientierte Wartung die traditionelle zeitbasierte Wartung allmählich abgelöst und ist zu einer unvermeidlichen Tendenz geworden. Bereits 2010 gab die Staatsgittergesellschaft von China die Technischen Richtlinien für Online-Überwachungssysteme von Umspannwerkgeräten heraus und begann mit der umfassenden Implementierung der zustandsorientierten Wartung, um die Geräteintelligenz zu steigern, intelligente Geräte und Technologien zu fördern und online-Sicherheitswarnungen sowie intelligente Geräteüberwachung zu erreichen.

Derzeit konzentriert sich die Online-Überwachung hauptsächlich auf Hauptgeräte in Umspannwerken, einschließlich:

• Kapazitive Geräte: Online-Überwachung von Kapazität und Dielektrischem Verlust (tanδ)

• Metalloxid-Stromableiter: Online-Überwachung des Gesamtleckstroms und des ohmschen Stroms

• Transformator: Online-Überwachung der Lösungsgasanalyse (DGA) in Isolieröl, ultrahochfrequenter (UHF) partieller Entladung (PD), Bushing-PD und tanδ, sowie der dynamischen Eigenschaften von Lastwechselrichtern

• GIS: UHF partielle Entladung und Feuchtigkeitsgehalt (Mikrowasser) Überwachung

• Schaltanlagen: mechanische Charakteristikenüberwachung und SF₆-Gasdichtevermessung

1. Notwendigkeit der Online-Temperaturüberwachung für elektrische Geräte

Temperatur ist ein Schlüsselindikator für den normalen Betrieb von Hauptgeräten. Verbindungspunkte in Stromgeräten können durch lose Kompression, unzureichenden Druck oder Degradation der Kontaktfläche aufgrund thermischer Zyklen, Fundamentverschiebungen, Herstellungsfehlern, Umweltverschmutzung, schwerer Überlastung oder Oxidation leiden. Diese Probleme erhöhen den Kontaktwiderstand, was zu Temperaturanstiegen beim Stromfluss führt. Dies beschleunigt die Isolieralterung, reduziert die Lebensdauer der Geräte und kann in schweren Fällen Bogenfehler, Geräteverbrennung, erweiterten Schaden oder sogar Brände und Explosionen verursachen—besonders an beweglichen und festen Kontakten von Abschaltschaltern, die eine hohe Ausfallrate haben. All dies stellt eine ständige Bedrohung für den sicheren Betrieb der Geräte dar.

Derzeit basiert die meisten Temperaturüberwachung auf traditionellen Methoden wie Wachs-Temperaturindikatoren und periodischer Infrarotthermografie. Diese Ansätze haben mehrere Nachteile:

• Wachsindikatoren sind anfällig für Alterung und Ablösung, haben einen engen Temperaturbereich, niedrige Genauigkeit, erfordern manuelle Lesevorgänge und unterstützen keine automatische Verwaltung;

• Infrarotthermometer erfordern Sichtkontakt, werden von Umgebungsbedingungen beeinflusst und versagen oft, wenn sie behindert werden;

• Manuelle Inspektionen sind arbeitsintensiv, erfordern Nähe (was Sicherheitsrisiken birgt) und fehlen an Echtzeitfähigkeit;

• Offline-Überwachung fällt bei der Erfassung von Temperaturtrends oder der rechtzeitigen Erkennung von Anomalien durch.

Daher genügen traditionelle Offline-Methoden nicht mehr den Anforderungen effizienter, sicherer und zuverlässiger Stromnetzbetriebe. Es besteht dringender Bedarf an Online-Überwachungstechnologien, die Echtzeit-Temperaturüberwachung, rechtzeitige Erkennung von Abnormitäten und Verhinderung von Geräteschäden und Stromausfällen ermöglichen. Darüber hinaus erweitert die Online-Temperaturüberwachung den Umfang der Zustandsüberwachung, bietet wichtige Betriebsparameter für die zustandsorientierte Wartung und trägt erheblich zur sicheren und stabilen Betriebsführung sowohl einzelner Geräte als auch des gesamten Stromnetzes bei.

2. Entwicklungstrends in der Online-Temperaturüberwachungstechnologie für elektrische Geräte

Online-Temperaturüberwachungstechnologie integriert typischerweise fortgeschrittene Sensorensysteme, Kommunikationsnetze, Computer- und Informationsverarbeitung, Expertensysteme zur Analyse und Datenbanken. Mit ständigem technologischem Fortschritt entwickelt sich dieses Gebiet in Richtung Automatisierung, Intelligenz und Praktikabilität.

2.1 Anwendung der Internet-of-Things (IoT)-Technologie

IoT gilt als die nächste Welle der Informationstechnologie nach Computern und dem Internet und wird in China als nationale strategische Schlüsselindustrie anerkannt, die explizit in die Entwicklung intelligenter Netze integriert wurde. IoT verbindet physische Objekte über Sensoren wie RFID, GPS und Laserscanner mit dem Internet, ermöglicht intelligenten Identifizierungs-, Tracking-, Überwachungs- und Verwaltungsdienst durch Informationsaustausch.

Eine IoT-Architektur für die Temperaturüberwachung von elektrischen Geräten besteht aus drei Ebenen: Wahrnehmung, Netzwerk und Anwendung.

• Wahrnehmungsebene: Sammelt Echtzeit-Temperaturdaten mithilfe von Sensoren (z.B. Kontakt- oder Infrarotsensoren), die direkt an den Geräten installiert sind. Kurzreichweitige drahtlose Technologien wie Zigbee, 2,4G oder 433M werden für die Signalübertragung verwendet, um Hochspannungsisolation zu gewährleisten.

• Netzwerkebene: Überträgt Daten zwischen Wahrnehmungs- und Anwendungsebene. Sie nutzt sichere, zuverlässige und Echtzeit-Kommunikationsnetze für die Energieversorgung, hauptsächlich Glasfaser, ergänzt durch Stromleitungsträger und digitale Mikrowellensysteme.

• Anwendungsebene: Verarbeitet, analysiert und visualisiert Temperaturdaten über mehrere Geräte hinweg, bietet Dienste wie Anomaliewarnungen, Trendanalysen, Online-Diagnosen und Datenaustausch über intelligente Plattformen.

IoT ermöglicht umfassende, Echtzeit-Wahrnehmung, zuverlässige Verbindungen und intelligente Datenanalyse, bildet die Grundlage für robuste und skalierbare Temperaturüberwachungssysteme.

2.2 Passiv-Sensing-Technologie – Ersatz für Batterieversorgung

Die meisten drahtlosen Temperatursensoren verlassen sich auf Batterien, die in Hochspannungs-, Hochstrom- und elektromagnetisch stark gestörten Umgebungen vor Herausforderungen stehen. Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer, müssen häufig ersetzt werden und bergen in Hochtemperaturbedingungen Explosionsrisiken, was die Systemzuverlässigkeit und -sicherheit einschränkt.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, stellen passiv-sensing-Technologien, einschließlich Energiegewinnung aus elektrischen/magnetischen Feldern, RF-Energie, Wärmegradienten und Oberflächenakustikwellen, die Zukunftsperspektive dar. Passive Sensoren bieten klare Vorteile:

• Wartungsfreier Betrieb über die gesamte Lebensdauer des Geräts, verbessert die Systemzuverlässigkeit

• Keine Batterie bedeutet kein Explosionsrisiko und kontinuierliche Hochtemperaturüberwachung für die frühe Erkennung von Fehlern;

• Reduzierter Batterieverbrauch senkt den Umweltimpact und fügt sozialen Wert hinzu.

2.3 Punkt-Linie-Fläche-integrierte Temperaturüberwachung

Dieser Ansatz kombiniert verschiedene Überwachungsstrategien basierend auf Gerätetyp und Kritikalität für optimale Abdeckung.

• Punktüberwachung: Zielt auf lokalisierte Heißpunkte wie Schaltgerätkontakte, Busleitungen und Kabelverbindungen, wo externe Inspektion schwierig ist. Sensoren werden direkt an diesen Punkten installiert, um Echtzeitüberwachung zu ermöglichen.

• Linienüberwachung: Fokussiert sich auf Hochspannungskabel in Kabeltunneln, Gräben oder Trays. Überhitzung kann Brände und weiträumige Ausfälle verursachen. Verteilte optische Fasersensoren (DTS) werden weit verbreitet eingesetzt, bieten Isolierung, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturresistenz und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischer Störung. DTS ermöglicht kontinuierliches, präzises Temperaturprofil entlang der gesamten Kabelleitung, mit genauer Fehlerortung für schnelle Reaktion.

Mobile Anwendungen – Echtzeitüberwachung jederzeit und überall

Mit zunehmender Mobilfunkbandbreite und leistungsfähigen Smartphones und Tablets—insbesondere im 4G-Zeitalter—haben mobile Apps zu wesentlichen Werkzeugen in Unternehmensoperationen geworden. Ihre Mobilität, Bequemlichkeit, Aktualität und Personalisierung finden weite Verbreitung in der Versorgungsverwaltung.

Die Integration von Geräteüberwachungsdaten in mobile Apps über Internet- und Mobilfunknetze bringt wichtige Vorteile:

• Bricht die Grenzen traditioneller Intranetsysteme, ermöglicht Echtzeitzugriff auf Gerätestatus jederzeit und überall;

• Steigert die Inspektionswirkung mit Funktionen wie digitaler Protokollierung, Fotobefestigung, GPS-Tagging und QR-Code-Scanning, transformiert Patrouilleninspektionen in einen mobilen, digitalen und intelligenten Prozess.

• Bei Notfallsituationen können Mitarbeiter schnell Fehler lokalisieren, Echtzeit- und historische Daten anzeigen und schneller reagieren, um Ausfallzeiten und -bereiche zu minimieren.

Mobile Apps beseitigen räumliche und zeitliche Barrieren, verbessern die Betriebswirkung, erhöhen die Gerätesicherheit und unterstützen nachhaltiges Wachstum der Versorgungsunternehmen.

3. Fazit

Online-Zustandsüberwachungstechnologie, insbesondere Temperaturüberwachung, ist ein Kernkomponente zukünftiger intelligenter Netze, die Versorgungsunternehmen helfen, die Gerätesicherheit und wirtschaftliche Leistung zu verbessern. Mit technologischem Fortschritt wird die Temperaturüberwachung in Richtung umfassende, intelligente und praktische Lösungen evolvieren. Die Integration mit IoT, mobilen Anwendungen und anderen neuen Technologien wird die zukünftige Entwicklungslinie dieses Gebiets definieren.