Jak trendy monitorowania temperatury online poprawiają bezpieczeństwo sieci i efektywność konserwacji

System energetyczny to rozległa sieć składająca się z wielu połączonych elementów, w tym generacji, przesyłu, stacji transformatorowych, dystrybucji i sprzętu końcowego użytkownika. Awarie sprzętu elektrycznego mogą nie tylko prowadzić do nieoczekiwanych przerw w dostawie energii i strat finansowych dla przedsiębiorstw energetycznych, ale także powodować znaczne szkody ekonomiczne dla konsumentów. Dlatego niezawodność i stan działania tych urządzeń bezpośrednio określa stabilność i bezpieczeństwo całego systemu energetycznego, a także efektywność gospodarczą, jakość energii i niezawodność usług dostawców.

Online monitorowanie sprzętu elektrycznego – połączone z zaawansowanymi metodami obliczeniowymi do analizy zebranych danych – umożliwia wczesne wykrywanie potencjalnych usterek, ułatwia działania zapobiegawcze i wspiera naukową diagnostykę awarii oraz konserwację opartą na stanie. To odgrywa kluczową rolę w wzmacnianiu niezawodności i bezpieczeństwa operacji systemu energetycznego.

Z ciągłym postępem i dojrzewaniem technologii online monitorowania, a także z sukcesami w ich zastosowaniu w sektorze energetycznym Chin w ostatnich latach, konserwacja oparta na stanie stopniowo zastąpiła tradycyjną konserwację opartą na czasie i stała się nieuniknioną tendencją. Już w 2010 roku Państwowa Sieć Elektroenergetyczna Chin wydała Wytyczne Techniczne dla Systemów Online Monitorowania Sprzętu Stacyj i rozpoczęła kompleksową implementację konserwacji opartej na stanie, mając na celu zwiększenie inteligencji sprzętu, promowanie inteligentnych urządzeń i technologii, oraz osiągnięcie online ostrzeżeń bezpieczeństwa i inteligentnego monitorowania sprzętu.

Obecnie online monitorowanie koncentruje się głównie na sprzęcie podstawowym w stacjach, w tym:

• Sprzęt kondensacyjny: online monitorowanie pojemności i strat dielektrycznych (tanδ)

• Tłumiki napięcia oksydów metali: online monitorowanie całkowitego prądu przeciekowego i prądu rezystywnego

• Transformatory: online monitorowanie analizy gazów rozpuszczonych (DGA) w oleju izolującym, ultra-wysokoczęstotliwościowej (UHF) częściowej dyschargi (PD), PD i tanδ zasobników, oraz dynamicznych charakterystyk przełączników tapowych pod obciążeniem

• GIS: UHF częściowa dyscharge i zawartość wilgoci ( mikrowody)

• Przełączniki: monitorowanie charakterystyk mechanicznych i gęstości gazu SF₆

1. Konieczność online monitorowania temperatury sprzętu elektrycznego

Temperatura jest kluczowym wskaźnikiem normalnej pracy sprzętu podstawowego. Punkty połączeń w sprzęcie energetycznym mogą cierpieć na luźne uciskanie, niewystarczającą presję lub degradację powierzchni kontaktu z powodu cyklicznego nagrzewania, przesunięć fundamentów, wad produkcji, zanieczyszczenia środowiska, ciężkiego przeciążenia lub utlenienia. Te problemy zwiększają opór kontaktowy, co prowadzi do wzrostu temperatury przy przepływie prądu. To przyspiesza starzenie się izolacji, skraca żywotność sprzętu, a w skrajnych przypadkach powoduje awarie łukowe, spalanie sprzętu, rozszerzone uszkodzenia, a nawet pożary i eksplozje – szczególnie w punktach kontaktowych przelaczników odłączeniowych, które mają wysoki wskaźnik awarii. Wszystkie te zagrożenia stanowią stałe zagrożenie dla bezpiecznej pracy sprzętu.

Obecnie większość monitorowania temperatury polega na tradycyjnych metodach, takich jak woskowe wskazniki temperatury i okresowa termografia podczerwona. Te podejścia mają wiele wad:

• Woskowe wskazniki są podatne na starzenie i odpadanie, mają wąski zakres temperatur, niską dokładność, wymagają ręcznego odczytu i nie pozwalają na automatyzację zarządzania;

• Termometry podczerwone wymagają pomiaru w linii prostej, są wpływowane przez warunki środowiskowe i często zawodzą, gdy są zasłonięte;

• Ręczne kontrole są pracochłonne, wymagają bliskiego podejścia (co niesie ryzyko bezpieczeństwa) i brakują zdolności do monitorowania w czasie rzeczywistym;

• Offline monitorowanie nie pozwala na śledzenie trendów temperatury ani na wczesne wykrywanie anomalii.

Dlatego tradycyjne offline metody nie spełniają już potrzeb efektywnej, bezpiecznej i niezawodnej operacji systemu energetycznego. Istnieje pilna potrzeba technologii online monitorowania, które umożliwią śledzenie temperatury w czasie rzeczywistym, wczesne wykrywanie nietypowych sytuacji, a także zapobieganie uszkodzeniom sprzętu i awariom energetycznym. Ponadto online monitorowanie temperatury rozszerza zakres monitorowania stanu, dostarczając kluczowych parametrów operacyjnych dla konserwacji opartej na stanie i znacząco przyczyniając się do bezpiecznej i stabilnej pracy zarówno pojedynczych urządzeń, jak i całego systemu energetycznego.

2. Tendencje rozwojowe technologii online monitorowania temperatury sprzętu elektrycznego

Technologia online monitorowania temperatury zazwyczaj integruje zaawansowane systemy czujników, sieci komunikacyjne, komputery i przetwarzanie informacji, systemy analityczne ekspertów oraz repozytoria danych. Wraz z ciągłym postępem technologicznym ten obszar ewoluuje w kierunku automatyzacji, inteligencji i praktyczności.

2.1 Zastosowanie technologii Internetu Rzeczy (IoT)

IoT jest uważany za kolejną falę technologii informacyjnej po komputerach i internecie, a w Chinach został uznany za strategiczną nową gałąź przemysłu narodowego, jawnie zintegrowaną z rozwojem inteligentnej sieci. IoT łączy fizyczne obiekty z internetem poprzez czujniki, takie jak RFID, GPS i skanery laserowe, umożliwiając inteligentne identyfikowanie, śledzenie, monitorowanie i zarządzanie poprzez wymianę informacji.

Architektura IoT do monitorowania temperatury sprzętu elektrycznego składa się z trzech warstw: percepcji, sieci i aplikacji.

• Warstwa percepcji: zbiera dane temperatury w czasie rzeczywistym za pomocą czujników (np. kontaktowych lub podczerwonych) montowanych bezpośrednio na sprzęcie. Krótkozasięgowe technologie bezprzewodowe, takie jak Zigbee, 2.4G lub 433M, są używane do transmisji sygnałów, zapewniając izolację wysokiego napięcia.

• Warstwa sieci: przesyła dane między warstwą percepcji a warstwą aplikacji. Wykorzystuje bezpieczne, niezawodne i w czasie rzeczywistym sieci komunikacyjne energetyczne – głównie światłowody, uzupełnione systemami nośnika linii energetycznych i cyfrowymi systemami mikrofalowymi.

• Warstwa aplikacji: przetwarza, analizuje i wizualizuje dane temperatury na wielu urządzeniach, oferując usługi, takie jak ostrzeżenia o anomalii, analiza trendów, diagnostyka online i udostępnianie danych przez inteligentne platformy.

IoT umożliwia kompleksową, w czasie rzeczywistym świadomość, niezawodne łączenie i inteligentną analizę danych, tworząc podstawę dla solidnych i skalowalnych systemów monitorowania temperatury.

2.2 Pasywne technologie czujników – zastępowanie baterii

Większość bezprzewodowych czujników temperatury opiera się na bateriach, które napotykają trudności w środowiskach o wysokim napięciu, dużym prądzie i silnym zakłóceniu elektromagnetycznym. Baterie mają ograniczony czas życia, wymagają częstych wymian i niosą ryzyko eksplozji w warunkach wysokich temperatur, co ogranicza niezawodność i bezpieczeństwo systemu.

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, pasywne technologie czujników – w tym pobieranie energii z pól elektrycznych/magnetycznych, mocy RF, gradientów termicznych i fali akustycznych powierzchniowych – pojawiają się jako przyszły kierunek. Pasywne czujniki oferują wyraźne korzyści:

• Bezobsługowe działanie w ciągu całego cyklu życia sprzętu, zwiększające niezawodność systemu

• Brak baterii oznacza brak ryzyka eksplozji i ciągłe monitorowanie wysokich temperatur dla wczesnego wykrywania usterek;

• Zmniejszenie zużycia baterii zmniejsza wpływ na środowisko, dodając wartość społeczną.

2.3 Zintegrowane monitorowanie temperatury punkt-linia-powierzchnia

Ten podejście łączy różne strategie monitorowania w zależności od typu i krytyczności sprzętu, aby uzyskać optymalne pokrycie.

• Monitorowanie punktowe: skupia się na lokalnych gorących punktach, takich jak kontakty przelaczników, belki rozdzielcze i spoidła kablowe, gdzie inspekcja zewnętrzna jest trudna. Czujniki są montowane bezpośrednio w tych miejscach do monitorowania w czasie rzeczywistym.

• Monitorowanie liniowe: koncentruje się na wysokonapięciowych kabli energetycznych w tunelach, rowach lub szynach. Przegrzewanie może powodować pożary i szeroko zakrojone przerwy w dostawie. Szeroko stosowana jest dystrybuowana optyczna fibra sensoryczna (DTS), która oferuje izolację, odporność na korozję, tolerancję wysokich temperatur i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. DTS umożliwia ciągłe, precyzyjne profilowanie temperatury wzdłuż całej długości kabla, z dokładnym lokalizowaniem uszkodzeń dla szybkiej reakcji.

Aplikacje mobilne – monitorowanie w czasie rzeczywistym w dowolnym miejscu i czasie

Z rosnącą przepustowością sieci mobilnych i potężnymi smartfonami i tabletami – zwłaszcza w erze 4G – aplikacje mobilne stały się kluczowymi narzędziami w operacjach przedsiębiorstw. Ich mobilność, wygodność, aktualność i personalizacja są szeroko stosowane w zarządzaniu utilitami.

Integracja danych monitorowania sprzętu w aplikacjach mobilnych za pośrednictwem internetu i sieci komórkowych przynosi kluczowe korzyści:

• Przerywa ograniczenia tradycyjnych systemów intranet, umożliwiając dostęp do stanu sprzętu w czasie rzeczywistym w dowolnym miejscu i czasie;

• Zwiększa efektywność kontroli dzięki funkcjom, takim jak cyfrowe logowanie, fotografowanie, tagowanie GPS i skanowanie kodów QR, transformując inspekcje patrolowe w proces mobilny, cyfrowy i inteligentny.

• W sytuacjach awaryjnych personel może szybko zlokalizować uszkodzenia, wyświetlić dane w czasie rzeczywistym i historyczne, a także reagować szybciej, minimalizując czas i zakres przerw w dostawie.

Aplikacje mobilne eliminują bariery przestrzenne i czasowe, zwiększają efektywność operacyjną, zwiększają bezpieczeństwo sprzętu i wspierają zrównoważony rozwój utilit.

3. Podsumowanie

Technologia online monitorowania stanu – szczególnie monitorowanie temperatury – jest kluczowym elementem przyszłych inteligentnych sieci, pomagając utilitom zwiększyć bezpieczeństwo sprzętu i efektywność gospodarczą. Wraz z postępem technologicznym monitorowanie temperatury będzie ewoluować w kierunku kompleksowych, inteligentnych i praktycznych rozwiązań. Integracja z IoT, aplikacjami mobilnymi i innymi nowymi technologiami zdefiniuje przyszły kierunek tego obszaru.