چگونه روندهای نظارت بر دما به صورت آنلاین ایمنی شبکه و کارایی تعمیر و نگهداری را بهبود می‌بخشند
سیستم برق یک شبکه در مقیاس بزرگ است که از مولفه‌های متعددی تشکیل شده است، از جمله تولید، انتقال، زیرestation، توزیع و تجهیزات نهایی کاربر. خرابی در تجهیزات برق نه تنها می‌تواند منجر به قطعات غیرمنتظره و ضررهای مالی برای شرکت‌های برق شود، بلکه می‌تواند باعث خسارات اقتصادی قابل توجهی برای مصرف‌کنندگان شود. بنابراین، قابلیت اطمینان و وضعیت عملیاتی این دستگاه‌ها به طور مستقیم تعیین‌کننده پایداری و امنیت کل سیستم برق، همچنین عملکرد اقتصادی، کیفیت برق و قابلیت اطمینان خدمات ارائه‌دهندگان است.
نظارت آنلاین روی تجهیزات برق - در ترکیب با روش‌های محاسباتی پیشرفته برای تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده - امکان شناسایی زودهنگام خرابی‌های بالقوه، تسهیل اقدامات پیشگیرانه و حمایت از تشخیص علمی خرابی و نگهداری بر اساس وضعیت را فراهم می‌کند. این نقش مهمی در افزایش قابلیت اطمینان و امنیت عملیات سیستم برق دارد.
با پیشرفت‌های مداوم و رسیدن به مرحله نسبی بلوغ فناوری‌های نظارت آنلاین و همچنین کاربردهای موفق در بخش برق چین در سال‌های اخیر، نگهداری بر اساس وضعیت به تدریج جایگزین نگهداری بر اساس زمان شده و به یک روند اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. از زمان ۲۰۱۰، شرکت برق دولتی چین راهنمای فنی سیستم‌های نظارت آنلاین تجهیزات زیرestation را منتشر کرده و به اجرای جامع نگهداری بر اساس وضعیت پرداخته است، با هدف افزایش هوشمندی تجهیزات، ترویج دستگاه‌ها و فناوری‌های هوشمند و دستیابی به هشدارهای امنیتی آنلاین و نظارت هوشمند روی تجهیزات.
در حال حاضر، نظارت آنلاین عمدتاً روی تجهیزات اصلی در زیرestation تمرکز دارد، شامل:
تجهیزات ظرفیتی: نظارت آنلاین روی ظرفیت و ضریب اتلاف (tanδ)
افسایش‌کننده‌های اکسید فلزی: نظارت آنلاین روی جریان کل نشتی و جریان مقاومتی
ترانسفورماتورها: نظارت آنلاین روی تجزیه گازهای محلول (DGA) در روغن عایق، تجزیه جزئی با فرکانس بسیار بالا (UHF)، تجزیه جزئی روی دیواره و tanδ، و ویژگی‌های دینامیکی تغییرات تپه‌ای تحت بار
GIS: تجزیه جزئی با فرکانس بسیار بالا (UHF) و محتوای رطوبت (آب میکرو)
سوییچ‌ها: نظارت روی مشخصه‌های مکانیکی و چگالی گاز SF₆
۱. لزوم نظارت آنلاین روی دما برای تجهیزات برق
دما یک شاخص کلیدی برای عملکرد عادی تجهیزات اصلی است. نقاط اتصال در تجهیزات برق ممکن است به دلیل فشار ضعیف، فشار ناکافی یا تخریب سطح تماس به دلیل چرخه‌های حرارتی، تغییرات پایه، عیوب تولید، آلودگی محیطی، بارگذاری شدید یا اکسیداسیون، دچار مشکل شوند. این مسائل باعث افزایش مقاومت تماس می‌شوند که در نتیجه جریان الکتریکی، افزایش دما را موجب می‌شود. این امر باعث تسریع در پیری عایق، کاهش عمر تجهیزات و در موارد شدید، ایجاد خطاها، سوختن تجهیزات، گسترش خسارات و حتی آتش‌سوزی و انفجار می‌شود - به ویژه در نقاط تماس متحرک و ثابت سوییچ‌های جداکننده که نرخ خرابی بالایی دارند. تمام این موارد تهدید مداومی برای عملکرد ایمن تجهیزات هستند.
در حال حاضر، بیشتر نظارت بر دما به روش‌های سنتی مانند نشانگرهای دمایی شمعی و تصویربرداری ترمیک دوربینی متناوب انجام می‌شود. این رویکردها دارای چندین نقص هستند:
نشانگرهای شمعی به پیری و جدایی آسان هستند، دامنه دما محدودی دارند، دقت پایینی دارند، نیاز به خواندن دستی دارند و نمی‌توانند مدیریت خودکار را پشتیبانی کنند؛
دوربین‌های ترمیک نیاز به اندازه‌گیری خط بینی دارند، تحت تأثیر شرایط محیطی قرار می‌گیرند و معمولاً وقتی مسدود شوند، شکست می‌خورند؛
تفقیقات دستی کارآمدی زیادی ندارند، نیاز به نزدیکی (که خطرات ایمنی را افزایش می‌دهد) دارند و قابلیت زنده‌بودن را ندارند؛
نظارت آفلاین نمی‌تواند روندهای دما را ثبت کند یا به موقع ناهماهنگی‌ها را شناسایی کند.
بنابراین، روش‌های سنتی آفلاین دیگر قادر به برآورده کردن نیازهای عملیات سیستم برق کارآمد، ایمن و قابل اعتماد نیستند. نیاز فوری به فناوری‌های نظارت آنلاین وجود دارد که امکان ردیابی دمای زنده، شناسایی به موقع شرایط غیرعادی و پیشگیری از خرابی تجهیزات و حوادث برق را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، نظارت آنلاین بر دما محدوده نظارت بر وضعیت را گسترش می‌دهد، پارامترهای عملیاتی حیاتی برای نگهداری بر اساس وضعیت ارائه می‌کند و به عملکرد ایمن و پایدار تجهیزات فردی و کل سیستم برق کمک می‌کند.
۲. روندهای توسعه فناوری نظارت آنلاین بر دما برای تجهیزات برق
فناوری نظارت آنلاین بر دما معمولاً شامل سیستم‌های سنسور پیشرفته، شبکه‌های ارتباطی، کامپیوتر و پردازش اطلاعات، سیستم‌های تحلیل خبره و مخازن داده است. با پیشرفت مداوم فناوری، این حوزه به سمت خودکارسازی، هوشمندسازی و عملی شدن در حال تحول است.
۲.۱ کاربرد فناوری اینترنت اشیاء (IoT)
IoT به عنوان موج بعدی از فناوری اطلاعات پس از کامپیوترها و اینترنت شناخته شده و به عنوان صنعت نوظهور استراتژیک ملی در چین شناخته شده و به طور صریح در توسعه شبکه هوشمند یکپارچه شده است. IoT اشیاء فیزیکی را از طریق سنسورها مانند RFID، GPS و اسکنرهای لیزری به اینترنت متصل می‌کند و از طریق تبادل اطلاعات، شناسایی هوشمند، ردیابی، نظارت و مدیریت را امکان‌پذیر می‌کند.
ساختمان IoT برای نظارت بر دمای تجهیزات برق از سه لایه تشکیل شده است: ادراک، شبکه و کاربرد.
لایه ادراک: داده‌های دما را در زمان واقعی با استفاده از سنسورها (مانند تماس یا اشعه‌ای) که مستقیماً روی تجهیزات نصب شده‌اند جمع‌آوری می‌کند. فناوری‌های بی‌سیم کوتاه‌برد مانند Zigbee، ۲.۴G یا ۴۳۳M برای انتقال سیگنال استفاده می‌شود که ایزولاسیون ولتاژ بالا را تضمین می‌کند.
لایه شبکه: داده‌ها را بین لایه‌های ادراک و کاربرد انتقال می‌دهد. از شبکه‌های ارتباطی برقی امن، قابل اعتماد و زنده استفاده می‌کند - عمدتاً الیاف نوری، با تکمیل سیستم‌های حامل خط برق و میکروویو دیجیتال.
لایه کاربرد: داده‌های دما را در چندین دستگاه پردازش، تحلیل و بصری‌سازی می‌کند و خدماتی مانند هشدارهای ناهماهنگی، تحلیل روند، تشخیص آنلاین و به اشتراک گذاری داده از طریق پلتفرم‌های هوشمند ارائه می‌دهد.
IoT امکان آگاهی کامل و زنده، اتصال قابل اعتماد و تحلیل داده هوشمند را فراهم می‌کند و پایه‌ای برای سیستم‌های نظارت بر دما قوی و مقیاس‌پذیر است.
۲.۲ فناوری سنسوری غیرفعال - جایگزینی نیروی باتری
بیشتر سنسورهای دما بی‌سیم از باتری‌ها تغذیه می‌شوند که در محیط‌های ولتاژ و جریان بالا و دارای نویز الکترومغناطیسی با چالش‌هایی مواجه هستند. باتری‌ها عمر محدودی دارند، نیاز به تعویض مکرر دارند و در شرایط دما بالا خطر انفجار دارند که قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم را محدود می‌کند.
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، فناوری‌های سنسوری غیرفعال - از جمله جمع‌آوری انرژی از میدان‌های الکتریکی/مغناطیسی، توان RF، گرادیان‌های حرارتی و امواج سطحی صوتی - به عنوان جهت آینده ظهور می‌کنند. سنسورهای غیرفعال مزایای واضحی دارند:
عملکرد بدون نگهداری در طول چرخه عمر تجهیزات، که قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد
عدم وجود باتری خطر انفجار را حذف می‌کند و نظارت مداوم بر دما در شرایط دما بالا برای شناسایی زودهنگام خرابی‌ها را ممکن می‌سازد؛
کاهش استفاده از باتری‌ها تأثیر محیطی را کاهش می‌دهد و ارزش اجتماعی اضافه می‌کند.
۲.۳ نظارت یکپارچه بر دما با ترکیب نقطه-خط-سطح
این رویکرد استراتژی‌های نظارت مختلف را بر اساس نوع و اهمیت تجهیزات ترکیب می‌کند تا پوشش بهینه فراهم شود.
نظارت نقطه‌ای: به نقاط داغ محلی مانند تماس‌های سوییچ‌ها، میله‌های اصلی و اتصالات کابلی می‌پردازد که بازرسی خارجی دشوار است. سنسورها مستقیماً در این نقاط نصب شده و نظارت زنده انجام می‌شود.
نظارت خطی: بر کابل‌های برق ولتاژ بالا در تونل‌ها، گودال‌ها یا تری‌ها تمرکز دارد. گرم شدن می‌تواند منجر به آتش‌سوزی و قطعی گسترده شود. استفاده گسترده از سنسوری‌سازی نوری توزیع‌شده (DTS) که ایزولاسیون، مقاومت در برابر فرسودگی، تحمل دما بالا و عدم تأثیر از نویز الکترومغناطیسی دارد. DTS امکان پروفایل‌سازی دقیق و مداوم دما در طول کل طول کابل را فراهم می‌کند و مکان دقیق خرابی را برای واکنش سریع تعیین می‌کند.
برنامه‌های موبایل - نظارت زنده هر زمان و هر جا
با افزایش پهنای باند شبکه‌های موبایل و قدرت پردازش تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها - به ویژه در دوره ۴G - برنامه‌های موبایل به ابزارهای ضروری در عملیات شرکت‌های برق تبدیل شده‌اند. موبایلیت، راحتی، زمان‌بندی و شخصی‌سازی آن‌ها در مدیریت برق گسترده شده است.
یکپارچه‌سازی داده‌های نظارت بر تجهیزات در برنامه‌های موبایل از طریق اینترنت و شبکه‌های سلولی مزایای کلیدی زیر را فراهم می‌کند:
شکستن محدودیت‌های سیستم‌های داخلی سنتی، امکان دسترسی زنده به وضعیت تجهیزات هر زمان و هر جا را فراهم می‌کند؛
کارایی بازرسی را با ویژگی‌هایی مانند گزارش‌نویسی دیجیتال، ضبط عکس، برچسب‌گذاری GPS و اسکن QR کد افزایش می‌دهد و بازرسی‌های پاترولی را به فرآیندی موبایل، دیجیتال و هوشمند تبدیل می‌کند.
در مواقع اضطراری، کارکنان می‌توانند به سرعت خرابی‌ها را مکان‌یابی کنند، داده‌های زنده و تاریخی را مشاهده کرده و به سرعت واکنش نشان دهند تا مدت و محدوده قطعی را کاهش دهند.
برنامه‌های موبایل موانع فضایی و زمانی را حذف می‌کنند، کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهند، ایمنی تجهیزات را بهبود می‌بخشند و رشد پایدار برق را پشتیبانی می‌کنند.
۳. نتیجه‌گیری
فناوری نظارت آنلاین بر وضعیت - به ویژه نظارت بر دما - جزء اجزای اصلی شبکه‌های هوشمند آینده است که به شرکت‌های برق کمک می‌کند تا ایمنی تجهیزات و عملکرد اقتصادی را بهبود بخشند. با پیشرفت فناوری، نظارت بر دما به سمت راه‌حل‌های جامع، هوشمند و عملی در حال تحول است. یکپارچه‌سازی با IoT، برنامه‌های موبایل و سایر فناوری‌های نوظهور مسیر آینده این حوزه را تعیین می‌کند.
