Come la monitorizzazione online delle temperature migliora la sicurezza della rete e l'efficienza della manutenzione
Un sistema elettrico è una rete su larga scala composta da numerosi componenti interconnessi, inclusi la generazione, la trasmissione, le sottostazioni, la distribuzione e l'equipaggiamento degli utenti finali. I guasti nell'equipaggiamento elettrico possono non solo causare interruzioni inaspettate e perdite finanziarie per le società di energia, ma anche danni economici significativi ai consumatori. Pertanto, l'affidabilità e lo stato operativo di questi dispositivi determinano direttamente la stabilità e la sicurezza dell'intero sistema elettrico, nonché le prestazioni economiche, la qualità dell'energia e l'affidabilità del servizio dei fornitori di energia.
Il monitoraggio online dell'equipaggiamento elettrico, combinato con metodi di calcolo avanzati per analizzare i dati raccolti, consente la rilevazione precoce di potenziali guasti, facilita azioni preventive e supporta la diagnosi scientifica dei guasti e la manutenzione basata sullo stato. Questo gioca un ruolo cruciale nel migliorare l'affidabilità e la sicurezza delle operazioni del sistema elettrico.
Con il continuo avanzamento e maturità delle tecnologie di monitoraggio online, insieme alle applicazioni di successo nel settore elettrico cinese negli ultimi anni, la manutenzione basata sullo stato ha gradualmente sostituito la manutenzione basata sul tempo e diventato una tendenza inevitabile. Già nel 2010, la State Grid Corporation of China ha emesso le Linee guida tecniche per i sistemi di monitoraggio online dell'equipaggiamento di sottostazione e ha iniziato a implementare in modo complessivo la manutenzione basata sullo stato, mirando a migliorare l'intelligenza dell'equipaggiamento, promuovere dispositivi e tecnologie smart e realizzare avvisi di sicurezza online e monitoraggio intelligente dell'equipaggiamento.
Attualmente, il monitoraggio online si concentra principalmente sull'equipaggiamento primario nelle sottostazioni, incluso:
Equipaggiamento capacitivo: monitoraggio online della capacità e della perdita dielettrica (tanδ)
Parafuoco d'ossido metallico: monitoraggio online della corrente totale di fuga e della corrente resistiva
Trasformatori: monitoraggio online dell'analisi dei gas disciolti (DGA) nell'olio isolante, della scarica parziale (PD) ad ultra-alta frequenza (UHF), della PD e del tanδ del bushing, e delle caratteristiche dinamiche dei cambiatori di rapporto di carico
GIS: monitoraggio UHF della scarica parziale e del contenuto di umidità (micro-acqua)
Apparecchiature commutatrici: monitoraggio delle caratteristiche meccaniche e della densità del gas SF₆
1. Necessità del Monitoraggio Online della Temperatura per l'Equipaggiamento Elettrico
La temperatura è un indicatore chiave del funzionamento normale dell'equipaggiamento primario. I punti di connessione nell'equipaggiamento elettrico possono soffrire di compressione allentata, pressione insufficiente o degradazione della superficie di contatto a causa del ciclo termico, spostamenti della fondazione, difetti di fabbricazione, inquinamento ambientale, sovraccarico severo o ossidazione. Questi problemi aumentano la resistenza di contatto, portando a un aumento della temperatura quando scorre la corrente. Ciò accelera l'invecchiamento dell'isolamento, riduce la durata dell'equipaggiamento e, in casi gravi, può scatenare guasti a arco, bruciature dell'equipaggiamento, danni estesi o addirittura incendi ed esplosioni, in particolare nei contatti mobili e fissi degli interruttori di sezione, che hanno tassi di guasto elevati. Tutti questi fattori costituiscono minacce costanti per l'operatività sicura dell'equipaggiamento.
Attualmente, la maggior parte del monitoraggio della temperatura si basa su metodi tradizionali come indicatori di temperatura a cera e termografia infrarossa periodica. Questi approcci presentano diversi svantaggi:
Gli indicatori a cera sono soggetti a invecchiamento e distacco, hanno un intervallo di temperatura ristretto, bassa precisione, richiedono lettura manuale e non supportano la gestione automatizzata;
I termometri a infrarossi richiedono misurazioni a vista diretta, sono influenzati dalle condizioni ambientali e spesso falliscono quando ci sono ostacoli;
Le ispezioni manuali sono laboriose, richiedono vicinanza (ponendo rischi per la sicurezza) e mancano di capacità in tempo reale;
Il monitoraggio offline non riesce a catturare le tendenze di temperatura o a rilevare anomalie in tempo.
Pertanto, i metodi offline tradizionali non soddisfano più le esigenze di operazioni efficienti, sicure e affidabili del sistema elettrico. C'è un urgente bisogno di tecnologie di monitoraggio online che consentano il tracciamento in tempo reale della temperatura, la rilevazione tempestiva di condizioni anormali e la prevenzione di danni all'equipaggiamento e incidenti elettrici. Inoltre, il monitoraggio online della temperatura amplia la portata del monitoraggio dello stato, fornendo parametri operativi vitali per la manutenzione basata sullo stato e contribuendo significativamente alla sicura e stabile operatività sia dell'equipaggiamento individuale che dell'intero sistema elettrico.
2. Tendenze di Sviluppo nella Tecnologia di Monitoraggio Online della Temperatura per l'Equipaggiamento Elettrico
La tecnologia di monitoraggio online della temperatura tipicamente integra sistemi di sensori avanzati, reti di comunicazione, elaborazione informatica e di informazioni, sistemi di analisi esperti e repository di dati. Con il continuo progresso tecnologico, questo campo sta evolvendo verso l'automazione, l'intelligenza e la praticità.
2.1 Applicazione della Tecnologia Internet of Things (IoT)
L'IoT è considerato la prossima ondata di tecnologia dell'informazione dopo i computer e Internet, ed è stato riconosciuto come un'industria strategica emergente nazionale in Cina, integrata esplicitamente nello sviluppo della smart grid. L'IoT collega oggetti fisici a Internet tramite sensori come RFID, GPS e scanner laser, abilitando l'identificazione, il tracciamento, il monitoraggio e la gestione intelligenti attraverso lo scambio di informazioni.
Un'architettura IoT per il monitoraggio della temperatura dell'equipaggiamento elettrico è composta da tre livelli: percezione, rete e applicazione.
Livello di Percezione: Raccoglie dati di temperatura in tempo reale utilizzando sensori (ad esempio, a contatto o a infrarossi) installati direttamente sull'equipaggiamento. Le tecnologie wireless a breve raggio come Zigbee, 2.4G o 433M vengono utilizzate per la trasmissione del segnale, garantendo l'isolamento ad alta tensione.
Livello di Rete: Trasmette dati tra il livello di percezione e quello di applicazione. Utilizza reti di comunicazione elettriche sicure, affidabili e in tempo reale, principalmente fibre ottiche, integrate con sistemi di trasporto a linea di alimentazione e microonde digitali.
Livello di Applicazione: Elabora, analizza e visualizza i dati di temperatura su più dispositivi, offrendo servizi come avvisi di anomalia, analisi delle tendenze, diagnosi online e condivisione dei dati attraverso piattaforme intelligenti.
L'IoT consente una consapevolezza completa e in tempo reale, una connettività affidabile e un'analisi intelligente dei dati, formando la base per sistemi robusti e scalabili di monitoraggio della temperatura.
2.2 Tecnologia di Sensing Passivo – Sostituzione dell'Alimentazione a Batteria
La maggior parte dei sensori di temperatura wireless si basa su batterie, che affrontano sfide in ambienti ad alta tensione, alta corrente e fortemente elettromagnetici. Le batterie hanno una vita limitata, richiedono sostituzioni frequenti e presentano rischi di esplosione in condizioni di alta temperatura, limitando l'affidabilità e la sicurezza del sistema.
Per superare queste limitazioni, le tecnologie di sensing passivo, incluse l'energizzazione da campi elettrici/magnetici, potenza RF, gradienti termici e onde acustiche superficiali, stanno emergendo come la futura direzione. I sensori passivi offrono vantaggi chiari:
Operazione senza manutenzione durante il ciclo di vita dell'equipaggiamento, migliorando l'affidabilità del sistema
Nessuna batteria significa nessun rischio di esplosione e monitoraggio continuo ad alta temperatura per la rilevazione precoce dei guasti;
Riduzione dell'uso di batterie diminuisce l'impatto ambientale, aggiungendo valore sociale.
2.3 Monitoraggio Integrato Punto-Linea-Superficie della Temperatura
Questo approccio combina diverse strategie di monitoraggio in base al tipo e alla criticità dell'equipaggiamento per una copertura ottimale.
Monitoraggio Puntiforme: Si rivolge a punti caldi localizzati come contatti di apparecchiature commutatrici, barre di distribuzione e giunzioni di cavi dove l'ispezione esterna è difficile. I sensori vengono installati direttamente in questi punti per il monitoraggio in tempo reale.
Monitoraggio Lineare: Si concentra su cavi ad alta tensione in gallerie, trincee o canalette. Il surriscaldamento può causare incendi e interruzioni generalizzate. La sensibilità ottica distribuita (DTS) viene ampiamente utilizzata, offrendo isolamento, resistenza alla corrosione, tolleranza ad alte temperature e immunità all'interferenza elettromagnetica. Il DTS consente un profilo di temperatura continuo e preciso lungo l'intera lunghezza del cavo, con localizzazione accurata dei guasti per una risposta rapida.
Applicazioni Mobili – Monitoraggio in Tempo Reale Ovunque e in Qualsiasi Momento
Con l'aumento della banda delle reti mobili e la potenza dei smartphone e tablet, in particolare nell'era 4G, le app mobili sono diventate strumenti essenziali nelle operazioni aziendali. La loro mobilità, comodità, tempestività e personalizzazione sono ampiamente adottate nella gestione dei servizi pubblici.
L'integrazione dei dati di monitoraggio dell'equipaggiamento nelle app mobili attraverso internet e reti cellulari porta benefici chiave:
Elimina le limitazioni dei sistemi intranet tradizionali, consentendo l'accesso in tempo reale allo stato dell'equipaggiamento ovunque e in qualsiasi momento;
Aumenta l'efficienza delle ispezioni con funzionalità come la registrazione digitale, la cattura di foto, l'etichettatura GPS e la scansione di codici QR, trasformando le ispezioni di pattuglia in un processo mobile, digitale e intelligente.
In caso di emergenze, il personale può localizzare rapidamente i guasti, visualizzare dati in tempo reale e storici e rispondere più velocemente, minimizzando la durata e la portata delle interruzioni.
Le app mobili eliminano le barriere spaziali e temporali, migliorano l'efficienza operativa, aumentano la sicurezza dell'equipaggiamento e supportano la crescita sostenibile dei servizi pubblici.
3. Conclusione
La tecnologia di monitoraggio online dello stato, in particolare quella della temperatura, è un componente fondamentale delle future smart grid, aiutando le utility a migliorare la sicurezza dell'equipaggiamento e le prestazioni economiche. Con il progresso tecnologico, il monitoraggio della temperatura evolverà verso soluzioni complete, intelligenti e pratiche. L'integrazione con l'IoT, le app mobili e altre tecnologie emergenti definirà la futura traiettoria di questo campo.
