Online-pohjainen lämpötilavalvonta parantaa verkkojen turvallisuutta ja ylläpitoa

Sähköjärjestelmä on laaja verkosto, joka koostuu monista yhteen liitetyistä komponenteista, mukaan lukien tuotanto, siirto, alijakoasemat, jakelu ja loppukäyttäjän laitteet. Sähkölaitteiden epäonnistuminen voi johtaa odottamattomiin sähkökatkoksiin ja taloudellisiin tappioihin sähköyhtiöille, mutta myös merkittäviin taloudellisiin vahinkoihin kuluttajille. Siksi näiden laitteiden luotettavuus ja toimintatila määrittelevät suoraan koko sähköjärjestelmän vakauden ja turvallisuuden sekä sähköyhtiöiden taloudellisen suorituksen, sähkölämmityksen laadun ja palvelujen luotettavuuden.

Sähkölaitteiden online-valvonta yhdistettynä edistyneiden laskennallisten menetelmien käytön keräämien tietojen analyysiin mahdollistaa mahdollisten vikoiden varhaisen havaitsemisen, ennaltaehkäisevät toimet ja tieteellisen vian diagnostiikan sekä tilapohjaisen huollon. Tämä on keskeinen tekijä sähköjärjestelmien toiminnan luotettavuuden ja turvallisuuden parantamisessa.

Online-valvonnan teknologioiden jatkuvan kehityksen ja kypsyyden myötä, sekä viime vuosina Kiinan sähköalan onnistuneissa sovelluksissa, tilapohjainen huolto on vähitellen korvannut perinteisen aikapohjaisen huollon ja muodostanut väistämättömän trendin. Jo vuonna 2010, Kiinan valtakunnan sähköverkko julkaisi Technical Guidelines for Online Monitoring Systems of Substation Equipment -opas ja aloitti täysimittaisesti tilapohjaisen huollon toteuttamisen, pyrkien parantamaan laitteiden älykkyyttä, edistämään älykkäitä laitteita ja teknologioita, sekä saavuttamaan online-turvovaroitukset ja älykkäät laitevalvonnat.

Nykyisin online-valvonta keskittyy pääasiassa alijakoasemien ensisijaisten laitteiden seuraamiseen, mukaan lukien:

• Kapasitiiviset laitteet: kapasitanssin ja dielektrisen hukkajan (tanδ) online-valvonta

• Metallioxidiparistoja: kokonaistekijän ja vastusvirran online-valvonta

• Muuntimet: eristysohjun levinneiden kaasujen analyysi (DGA), ultralyhytaallon (UHF) osittainen purkaus (PD), kuoren PD ja tanδ, sekä ladattavan tapasijan dynaamiset ominaisuudet

• GIS: UHF-osittainen purkaus ja kosteus (mikrovesi) sisältöseuranta

• Kytkentälaitteet: mekaanisten ominaisuuksien seuranta ja SF₆-kaasun tiheyden seuranta

1. Sähkölaitteiden lämpötilan online-valvonnan tarpeellisuus

Lämpötila on avaintekijä ensisijaisten laitteiden normaalissa toiminnassa. Sähkölaitteiden yhteyksissä voivat ilmetä löyhät puristukset, riittämätön paine tai yhteyssuhteen heikkeneminen lämpökiertojen, perustan siirtymien, valmistusvirheiden, ympäristösaasteiden, raskaan ylikuormituksen tai oksidoinnin vuoksi. Nämä ongelmat lisäävät yhteyden vastusta, mikä johtaa lämpötilan nousuun virtaan liittyen. Tämä nopeuttaa eristysteknologian vanhenemista, lyhentää laitteiden käyttöikää ja vakavissa tapauksissa aiheuttaa kaarihäiriöt, laitteiden poltumisen, laajenevia vahinkoja tai jopa tulipaloja ja räjähdyksiä – erityisesti eristyslevyjen liikkuvissa ja kiinteissä yhteyksissä, joilla on korkea epäonnistumisaste. Kaikki nämä asettavat jatkuvia uhkia laitteiden turvalliseen toimintaan.

Nykyisin lämpötilavalvonta perustuu pääasiassa perinteisiin menetelmiin, kuten vaha-temppuilmastimiin ja säännölliseen infrapunaspektrivalvontaan. Näillä lähestymistavoilla on useita haittapuolia:

• Vaha-temppuilmastimet altistuvat ikääntymiselle ja irrotumiselle, niillä on rajallinen lämpötilaväli, alhainen tarkkuus, ne vaativat manuaalista lukemista eivätkä tue automatisoituja hallintojärjestelmiä;

• Infrapunalämpömittarit vaativat näkyvyyttä, ovat alttiina ympäristöolosuhteiden vaikutukselle ja usein epäonnistuvat esteiden takia;

• Manuaaliset tarkastukset ovat työvoima-intensiivisiä, vaativat lähentyvää lähestymistapaa (aiheuttaen turvallisuusriskit) eivätkä kykene reaaliaikaiseen toimintaan;

• Offline-valvonta ei kykene havaitsemaan lämpötilasuuntia tai ajoissa poikkeavuuksia.

Näin ollen perinteiset offline-menetelmät eivät enää vastaa tehokkaan, turvallisen ja luotettavan sähköjärjestelmän toiminnan vaatimuksia. On kiireellistä kehittää online-valvonteja, jotka mahdollistavat reaaliajan lämpötilaseurannan, ajoissa poikkeavuuksien havaitsemisen ja laiteruhojen sekä sähköonnettomuuksien estämisen. Lisäksi online-lämpötilavalvonta laajentaa tilavalvonnalla toimivan alueen ulottuvuutta, tarjoaa olennaisia toiminta-osoitteita tilapohjaiseen huoltoon ja antaa merkittävän panoksen yksittäisten laitteiden ja koko sähköjärjestelmän turvalliseen ja vakaiseen toimintaan.

2. Sähkölaitteiden lämpötilan online-valvontateknologian kehityssuunnat

Online-lämpötilavalvontateknologia yleensä integroi edistyneitä sensorijärjestelmiä, viestintäverkkoja, tietokone- ja tiedonkäsittelyjärjestelmiä, asiantuntija-analyysijärjestelmiä ja tietokantoja. Jatkuvan teknologisen edistymisen myötä tämä ala kehittyy automaation, älykkyyden ja käytännöllisyyden suuntaan.

2.1 Internet of Things (IoT) -tekniikan soveltaminen

IoT pidetään seuraavana informaatioteknologian aalloksi tietokoneiden ja internetin jälkeen, ja sitä on tunnistettu Kiinassa kansalliseksi strategiseksi uudeksi teollisuudenalaan, joka on selkeästi integroitu älyverkon kehittämiseen. IoT yhdistää fyysiset objektit internetiin sensorien, kuten RFID:n, GPS:n ja laserluettujen avulla, mahdollistaen tiedonsiirron avulla älykkään tunnistuksen, seurannan, valvonnan ja hallinnon.

Sähkölaitteiden lämpötilavalvontaan tarkoitettu IoT-arkkitehtuuri koostuu kolmesta tasosta: havaintotasosta, verkkotasosta ja sovellustasosta.

• Havaintotaso: Kerää todellisen ajan lämpötilatietoja sensorien (esimerkiksi kosketuksen tai infrapunan tyyppisiä) avulla, jotka on asennettu suoraan laitteisiin. Lähiverkkoteknologioita, kuten Zigbee, 2.4G tai 433M, käytetään signaalien välittämiseen, mikä takaa korkeajännitteen eristämisen.

• Verkkotaso: Välittää tietoa havainto- ja sovellustasoilla. Sitä käytetään turvallisessa, luotettavassa ja reaaliaikaisessa sähköverkkotiedostossa – pääasiassa valokuituista, täydennetty sähkölinjan kantamalla ja digitaalilla mikroaaltoliikenteellä.

• Sovellustaso: Prosessee, analysoi ja visualisoi lämpötilatietoja useissa laitteissa, tarjoten palveluja, kuten poikkeusten hälytyksiä, trendianalyysiä, online-diagnostiikkaa ja tiedonjakoa älykkäiden alustojen kautta.

IoT mahdollistaa kattavan, reaaliaikaisen tietoisuuden, luotettavan yhteyden ja älykkään datan analyysin, muodostamalla vahvan ja skaalautuvan lämpötilavalvontajärjestelmän perustan.

2.2 Passiivinen sensoritekniikka – akkujen korvaaminen

Useimmat langattomat lämpötilasensorit perustuvat akkuvoimaan, joka kohtaa haasteita korkeajännitteisessä, suurensähköisessä ja sähkömagneettisesti meluisessa ympäristössä. Akut ovat rajallisia elinkaarensa, vaativat usein vaihtoa ja aiheuttavat räjähdysriskin korkeissa lämpötiloissa, rajoittaen järjestelmän luotettavuutta ja turvallisuutta.

Näiden rajoitusten ylittämiseksi passiiviset sensoriteknologiat, kuten sähkö- ja magneettikenttien, RF-voiman, lämpögradien ja pintamaahdusainevaikutusten energiankeruu, ovat noussut tulevaisuuden suuntaukseksi. Passiiviset sensorit tarjoavat selvät etumat:

• Ylläpitomaton toiminta laitteen koko elinkaaren ajan, parantamalla järjestelmän luotettavuutta

• Ei akkuja, ei räjähdysriskiä, ja jatkuva korkealämpötilavalvonta varhaisen vian havaitsemiseksi;

• Akun käytön vähentäminen alentaa ympäristövaikutuksia, lisäämällä sosiaalista arvoa.

2.3 Pisteväylä-pinta-integroitu lämpötilavalvonta

Tämä lähestymistapa yhdistää eri valvontastrategioita laitetypin ja kriittisyyden mukaan optimaaliseksi kattavuuden saavuttamiseksi.

• Pistevalvonta: Kohdistetaan paikallisiin kuumiin pisteisiin, kuten kytkentälaitteiden yhteyksiin, busbariin ja kaapeliliitosiin, joissa ulkopuolinen tarkastus on vaikeaa. Sensoreita asennetaan suoraan näihin pisteisiin reaaliaikaiseen valvontaan.

• Väylävalvonta: Keskittyy korkeajännitteisiin sähkökaapeleihin kaapeliluolissa, kuopissa tai levylle. Ylivuodatus voi aiheuttaa paloja ja laajasti ulotettuja katkoja. Jaettua optista kaapelivalvontaa (DTS) käytetään laajasti, sillä se tarjoaa eristyksen, korroosionkestävyyden, korkealämpötilan kestävyyden ja sähkömagneettisen häiriön immuunisuuden. DTS mahdollistaa jatkuva, tarkka lämpötilaprofiili koko kaapelin pituudella, tarkan vian sijainnin nopealle vastaukselle.

Mobiilisovellukset – Reaaliaikainen valvonta missä tahansa, milloin tahansa

Kasvavan mobiiliverkon taajuuden ja tehokkaiden älypuhelinten ja tablettien, erityisesti 4G-aikakaudella, avulla mobiilisovellukset ovat tullut oleellisiksi työkaluiksi yritystoiminnassa. Niiden liikkuvuus, kätevyys, ajankohtaisuus ja henkilökohtaisuus on laajasti hyväksytty sähköalan hallinnassa.

Laitevalvontatietojen integroiminen mobiilisovelluksiin internetin ja matkapuheliverkkojen kautta tuo olennaisia etuja:

• Rikkoo perinteisten intranet-järjestelmien rajoitukset, mahdollistaen laitteiden tilan reaaliaikaisen käytön missä tahansa, milloin tahansa;

• Parantaa tarkastustehokkuutta ominaisuuksilla, kuten digitaalisella lokitus, valokuvauskuvilla, GPS-merkinnöillä ja QR-koodin lukemisella, muuttamalla patrouilutarkastukset mobiiliseksi, digitaaliseksi ja älykkääksi prosessiksi.

• Vakavia tilanteissa henkilöstö voi nopeasti sijaita vianpaikan, tarkastella reaaliaikaista ja historiallista dataa, ja reagoida nopeammin, minimoiden katkon keston ja laajuuden.

Mobiilisovellukset poistavat avaruudelliset ja aikaiset esteet, parantavat toiminnan tehokkuutta, parantavat laitteen turvallisuutta ja tukivat kestävää sähköalan kasvua.

3. Johtopäätös

Online-tilavalvontatekniikka – erityisesti lämpötilavalvonta – on tulevaisuuden älyverkkojen ydinosa, auttaen sähköyhtiöitä parantamaan laitteiden turvallisuutta ja taloudellista suoritusta. Teknologian edistyessä lämpötilavalvonta kehittyy kohti kattavia, älykkäitä ja käytännöllisiä ratkaisuja. IoT:n, mobiilisovellusten ja muiden uusien teknologioiden integrointi määrittelee tällä alalla tulevaisuuden suunnan.