電力システムは、発電、送電、変電所、配電、および最終利用者設備を含む多数の相互接続されたコンポーネントから構成される大規模なネットワークです。電気設備の故障は、電力会社にとって予期しない停電や経済的損失を引き起こすだけでなく、消費者にも大きな経済的損失を与える可能性があります。したがって、これらの装置の信頼性と運軶状態は、電力システム全体の安定性と安全性、ならびに電力品質、サービスの信頼性、および電力会社の経済的パフォーマンスを直接決定します。
電気設備のオンライン監視は、収集されたデータを解析するための高度な計算手法と組み合わせることで、潜在的な故障の早期検出、予防措置の促進、科学的な故障診断、および状況に基づくメンテナンスを可能にします。これは、電力システム運転の信頼性と安全性を高める上で重要な役割を果たします。
オンライン監視技術の継続的な進歩と成熟、そして近年中国の電力部門での成功的な応用により、状況に基づくメンテナンスは従来の時間ベースのメンテナンスを徐々に置き換え、必然的なトレンドとなっています。2010年には、中国国家電網公司は「変電所設備オンライン監視システム技術ガイドライン」を発行し、状況に基づくメンテナンスの全面的な実施を開始しました。これにより、設備の知能化、スマートデバイスと技術の推進、オンライン安全警告と知能設備監視の達成を目指しています。
現在、オンライン監視は主に以下の変電所一次設備に焦点を当てています:
静電容量設備:静電容量と誘電損失(tanδ)のオンライン監視
金属酸化物避雷器:全リーク電流と抵抗性電流のオンライン監視
トランスフォーマー:絶縁油中の溶解ガス分析(DGA)、超高周波(UHF)局所放電(PD)、ブッシングPDとtanδ、および負荷タップチェンジャーの動特性のオンライン監視
GIS:UHF局所放電と水分(微水)含量の監視
開閉器:機械特性の監視とSF₆ガス密度の監視
1. 電気設備のオンライン温度監視の必要性
温度は一次設備の正常運転の主要な指標です。電力設備の接続点は、熱サイクリング、基礎の移動、製造上の欠陥、環境汚染、過負荷、または酸化などの原因で圧縮が緩んだり、圧力が不足したり、接触面が劣化することがあります。これらは接触抵抗を増加させ、電流が流れると温度が上昇します。これにより絶縁の老化が加速され、設備の寿命が短くなり、最悪の場合、アーク障害、設備の焼損、拡大した損傷、さらには火災や爆発を引き起こす可能性があります。特に隔離開閉器の可動・固定接触部は故障率が高いです。これらすべてが設備の安全な運転に対する恒久的な脅威となります。
現在、ほとんどの温度監視はワックス温度インジケーターや定期的な赤外線サーモグラフィーなど、伝統的な方法に依存しています。これらのアプローチにはいくつかの欠点があります:
ワックスインジケーターは劣化や剥離しやすく、温度範囲が狭く、精度が低く、手動で読み取りが必要であり、自動管理をサポートできません;
赤外線温度計は直線視界が必要であり、環境条件の影響を受けやすく、遮蔽物があるとしばしば機能しません;
手動検査は労働集約的であり、近接が必要(安全リスクあり)、リアルタイム能力がありません;
オフライン監視では温度のトレンドを捉えたり、異常をタイムリーに検出することはできません。
したがって、伝統的なオフライン方法は効率的、安全、かつ信頼性の高い電力システム運転の要求を満たすことができません。リアルタイムの温度追跡、異常状態のタイムリーな検出、設備の損傷や電力事故の防止を可能にするオンライン監視技術の需要が高まっています。さらに、オンライン温度監視は状況監視の範囲を拡大し、状況に基づくメンテナンスのための重要な運転パラメータを提供し、個々の設備と電力システム全体の安全かつ安定した運転に大きく貢献します。
2. 電気設備のオンライン温度監視技術の発展傾向
オンライン温度監視技術は通常、高度なセンサーシステム、通信ネットワーク、コンピュータと情報処理、専門家分析システム、データリポジトリを統合しています。技術の継続的な進歩により、この分野は自動化、知能化、実用性に向かって進化しています。
2.1 IoT(Internet of Things)技術の応用
IoTは、コンピュータとインターネットに続く次の情報技術の波と見なされており、中国では国家戦略的新興産業として認識され、スマートグリッドの発展に明確に組み込まれています。IoTはRFID、GPS、レーザースキャナなどのセンサーを通じて物理的な物体をインターネットに接続し、情報交換によって知能的な識別、追跡、監視、管理を可能にします。
電気設備の温度監視のためのIoTアーキテクチャは、感知層、ネットワーク層、アプリケーション層の3つの層で構成されています。
感知層:設備に直接設置されたセンサー(接触型または赤外線型など)を使用してリアルタイムの温度データを収集します。Zigbee、2.4G、または433Mなどの短距離無線技術を使用して信号を送信し、高電圧の絶縁を確保します。
ネットワーク層:感知層とアプリケーション層間でデータを送信します。光ファイバを主に使用し、電力線搬送通信とデジタルマイクロ波システムを補完します。
アプリケーション層:複数のデバイス間で温度データを処理、分析、可視化し、異常アラート、トレンド分析、オンライン診断、データ共有などのサービスを提供します。
IoTは、包括的かつリアルタイムの認識、信頼性のある接続性、知能的なデータ分析を可能にし、堅牢でスケーラブルな温度監視システムの基盤を形成します。
2.2 パッシブセンシング技術 – バッテリー電源の代替
多くの無線温度センサーはバッテリーに依存しており、高電圧、高電流、電磁ノイズ環境では課題があります。バッテリーは寿命が限られ、頻繁な交換が必要であり、高温条件下では爆発の危険があり、システムの信頼性と安全性を制限します。
これらの制限を克服するために、電気/磁場からのエネルギー収穫、RF電力、熱勾配、表面音響波などのパッシブセンシング技術が今後の方向性として注目されています。パッシブセンサーは以下の利点があります:
設備のライフサイクルを通じてメンテナンスフリーで動作し、システムの信頼性を向上させる
バッテリーがないため爆発のリスクがなく、早期の故障検出のために連続的な高温監視が可能
バッテリーの使用量が減ることで環境への影響が低減され、社会的価値が追加される
2.3 点線面一体型温度監視
このアプローチは、設備の種類と重要性に基づいて異なる監視戦略を組み合わせ、最適なカバレッジを実現します。
点監視:外部検査が困難な開閉器接点、母線、ケーブルジョイントなどの局所的なホットスポットを対象とします。これらのポイントにセンサーを直接設置してリアルタイム監視を行います。
線監視:ケーブルトンネル、トレンチ、トレイ内の高電圧電力ケーブルを対象とします。過熱は火災や広範な停電を引き起こす可能性があります。分散型光ファイバセンシング(DTS)が広く使用され、絶縁性、腐食耐性、高温耐性、電磁干渉耐性を備えています。DTSはケーブル全体の長さにわたる連続的かつ正確な温度プロファイルを提供し、迅速な対応のための正確な故障位置を特定します。
モバイルアプリケーション – いつでもどこでもリアルタイム監視
モバイルネットワーク帯域幅の増加と強力なスマートフォンやタブレット、特に4G時代において、モバイルアプリは企業運営の必須ツールとなっています。その移動性、便利さ、タイムリーさ、およびパーソナライゼーションは、電力管理で広く採用されています。
インターネットと携帯電話ネットワークを介して設備監視データをモバイルアプリに統合することで、以下の重要な利点が得られます:
従来のイントラネットシステムの制限を打破し、いつでもどこでもリアルタイムで設備の状態にアクセスできるようにする
デジタルログ、写真撮影、GPSタグ付け、QRコードスキャンなどの機能により、巡回検査をモバイル、デジタル、そして知能的なプロセスに変革する
緊急時には、作業員は迅速に故障を特定し、リアルタイムおよび履歴データを確認し、より速く対応することで、停電の期間と範囲を最小限に抑えることができる
モバイルアプリは空間的および時間的な制限を取り除き、運用効率を向上させ、設備の安全性を高め、持続可能な電力事業の成長を支援します。
3. 結論
オンライン状況監視技術、特に温度監視は、将来のスマートグリッドの核心的な要素であり、電力会社が設備の安全性と経済性能を改善するのに役立ちます。技術の進歩とともに、温度監視は包括的、知能的、実用的なソリューションへと進化します。IoT、モバイルアプリケーション、その他の新興技術との統合が、この分野の将来の軌道を定義します。