Как онлайн-мониторинг температурных тенденций улучшает безопасность сети и эффективность обслуживания

Электроэнергетическая система представляет собой крупномасштабную сеть, состоящую из множества взаимосвязанных компонентов, включая генерацию, передачу, подстанции, распределение и оборудование конечных пользователей. Сбои в электрооборудовании могут привести не только к непредвиденным отключениям и финансовым потерям для энергокомпаний, но и к значительным экономическим убыткам для потребителей. Поэтому надежность и состояние этих устройств напрямую определяют стабильность и безопасность всей электроэнергетической системы, а также экономическую эффективность, качество электроэнергии и надежность услуг поставщиков.

Онлайн-мониторинг электрооборудования — в сочетании с передовыми вычислительными методами для анализа собранных данных — позволяет рано обнаруживать потенциальные неисправности, способствует профилактическим действиям и поддерживает научную диагностику неисправностей и обслуживание по состоянию. Это играет ключевую роль в повышении надежности и безопасности эксплуатации электроэнергетических систем.

С постоянным развитием и зрелостью технологий онлайн-мониторинга, а также успешными применениями в китайском энергетическом секторе в последние годы, обслуживание по состоянию постепенно заменяет традиционное обслуживание по времени и становится неизбежным трендом. Еще в 2010 году Государственная сетевая компания Китая выпустила Технические руководящие принципы для систем онлайн-мониторинга оборудования подстанций и начала комплексное внедрение обслуживания по состоянию, стремясь повысить интеллектуальность оборудования, продвигать умные устройства и технологии, а также обеспечивать онлайн-предупреждения о безопасности и интеллектуальный мониторинг оборудования.

В настоящее время онлайн-мониторинг в основном сосредоточен на основном оборудовании подстанций, включая:

• Конденсаторное оборудование: онлайн-мониторинг емкости и диэлектрических потерь (tanδ)

• Металлооксидные ограничители перенапряжений: онлайн-мониторинг общего тока утечки и резистивного тока

• Трансформаторы: онлайн-мониторинг анализа растворенных газов (DGA) в изоляционном масле, сверхвысокочастотного (UHF) частичного разряда (PD), PD и tanδ втулок, а также динамических характеристик регуляторов напряжения под нагрузкой

• ГИС: UHF частичный разряд и контроль содержания влаги (микроводы)

• Коммутационная аппаратура: мониторинг механических характеристик и плотности газа SF₆

1. Необходимость онлайн-мониторинга температуры электрооборудования

Температура является ключевым показателем нормальной работы основного оборудования. Соединительные точки в электрооборудовании могут страдать от ослабления сжатия, недостаточного давления или деградации контактной поверхности вследствие термических циклов, смещений фундамента, производственных дефектов, загрязнения окружающей среды, сильной перегрузки или окисления. Эти проблемы увеличивают контактное сопротивление, что приводит к повышению температуры при прохождении тока. Это ускоряет старение изоляции, снижает срок службы оборудования, а в тяжелых случаях может вызвать дуговые повреждения, выгорание оборудования, распространение повреждений или даже пожары и взрывы, особенно в движущихся и неподвижных контактах разъединителей, которые имеют высокую вероятность отказа. Все это постоянно угрожает безопасной работе оборудования.

В настоящее время большинство методов мониторинга температуры основано на традиционных подходах, таких как восковые индикаторы температуры и периодическое инфракрасное тепловизионное сканирование. Эти подходы имеют несколько недостатков:

• Восковые индикаторы подвержены старению и отслаиванию, имеют узкий диапазон температур, низкую точность, требуют ручного считывания и не поддерживают автоматизированное управление;

• Инфракрасные термометры требуют прямой видимости, подвержены влиянию окружающих условий и часто дают сбой при наличии препятствий;

• Ручные осмотры трудоемки, требуют близкого расположения (что создает риски безопасности) и не обеспечивают реального времени;

• Оффлайн-мониторинг не позволяет отслеживать тенденции температуры или своевременно обнаруживать аномалии.

Таким образом, традиционные оффлайн-методы больше не соответствуют требованиям эффективной, безопасной и надежной эксплуатации электроэнергетических систем. Существует насущная необходимость в технологиях онлайн-мониторинга, которые позволяют в режиме реального времени отслеживать температуру, своевременно обнаруживать аномальные условия и предотвращать повреждение оборудования и аварии. Кроме того, онлайн-мониторинг температуры расширяет область мониторинга состояния, предоставляя важные операционные параметры для обслуживания по состоянию и значительно способствуя безопасной и стабильной работе как отдельного оборудования, так и всей электроэнергетической системы.

2. Тенденции развития технологии онлайн-мониторинга температуры электрооборудования

Технология онлайн-мониторинга температуры обычно интегрирует передовые системы датчиков, сети связи, компьютеры и информационную обработку, экспертные системы анализа и хранилища данных. С постоянным техническим прогрессом эта область развивается в направлении автоматизации, интеллектуализации и практичности.

2.1 Применение технологии Интернета вещей (IoT)

IoT рассматривается как следующая волна информационных технологий после компьютеров и интернета и признана национальной стратегической отраслью в Китае, явно интегрированной в развитие умных сетей. IoT подключает физические объекты к интернету через датчики, такие как RFID, GPS и лазерные сканеры, обеспечивая интеллектуальное распознавание, отслеживание, мониторинг и управление через обмен информацией.

Архитектура IoT для мониторинга температуры электрооборудования состоит из трех слоев: восприятия, сети и приложения.

• Слой восприятия: собирает данные о температуре в реальном времени с помощью датчиков (например, контактных или инфракрасных), установленных непосредственно на оборудовании. Для передачи сигнала используются коротко-диапазонные беспроводные технологии, такие как Zigbee, 2.4G или 433M, что обеспечивает высоковольтную изоляцию.

• Слой сети: передает данные между слоями восприятия и приложения. Он использует безопасные, надежные и реального времени сети связи электроэнергетики, в основном оптоволоконные, дополненные системами передачи данных по электросетям и цифровыми микроволновыми системами.

• Слой приложения: обрабатывает, анализирует и визуализирует данные о температуре на нескольких устройствах, предлагая услуги, такие как предупреждения об аномалиях, анализ тенденций, онлайн-диагностика и обмен данными через интеллектуальные платформы.

IoT обеспечивает всестороннее, реальное понимание, надежное соединение и интеллектуальный анализ данных, формируя основу для мощных и масштабируемых систем мониторинга температуры.

2.2 Пассивные технологии сенсоров — замена батарейному питанию

Большинство беспроводных датчиков температуры зависят от батарей, которые сталкиваются с проблемами в условиях высокого напряжения, высокого тока и электромагнитных помех. Батареи имеют ограниченный срок службы, требуют частой замены и представляют риск взрыва в условиях высоких температур, ограничивая надежность и безопасность системы.

Для преодоления этих ограничений пассивные технологии сенсоров, включая сбор энергии из электрических/магнитных полей, радиочастотной энергии, тепловых градиентов и поверхностных акустических волн, становятся будущим направлением. Пассивные датчики предлагают очевидные преимущества:

• Бесплатное обслуживание в течение всего жизненного цикла оборудования, повышая надежность системы

• Отсутствие батареи исключает риск взрыва и обеспечивает непрерывный мониторинг высоких температур для раннего обнаружения неисправностей;

• Снижение использования батарей уменьшает воздействие на окружающую среду, добавляя социальную ценность.

2.3 Интегрированный мониторинг температуры точек-линий-поверхностей

Этот подход объединяет различные стратегии мониторинга в зависимости от типа и критичности оборудования для оптимального покрытия.

• Мониторинг точек: направлен на локализованные горячие точки, такие как контакты коммутационной аппаратуры, шины и кабельные соединения, где внешний осмотр затруднен. Датчики устанавливаются непосредственно в этих точках для мониторинга в реальном времени.

• Мониторинг линий: сосредоточен на высоковольтных кабелях в кабельных туннелях, траншеях или лотках. Перегрев может вызвать пожары и широкомасштабные отключения. Широко используется распределенная оптоволоконная система сенсоров (DTS), которая обеспечивает изоляцию, коррозионную стойкость, высокую температурную устойчивость и иммунитет к электромагнитным помехам. DTS позволяет непрерывное и точное профилирование температуры вдоль всей длины кабеля с точным определением местоположения неисправностей для быстрого реагирования.

Мобильные приложения — мониторинг в реальном времени в любое время и в любом месте

С увеличением пропускной способности мобильных сетей и мощных смартфонов и планшетов, особенно в эпоху 4G, мобильные приложения стали важными инструментами в операциях предприятий. Их мобильность, удобство, своевременность и персонализация широко применяются в управлении энергетическими компаниями.

Интеграция данных мониторинга оборудования в мобильные приложения через интернет и сотовые сети приносит ключевые преимущества:

• Преодолевает ограничения традиционных внутренних систем, обеспечивая доступ к состоянию оборудования в реальном времени в любое время и в любом месте;

• Повышает эффективность осмотров с функциями, такими как цифровое ведение журналов, фотографирование, маркировка GPS и сканирование QR-кодов, превращая патрульные осмотры в мобильный, цифровой и интеллектуальный процесс.

• В чрезвычайных ситуациях персонал может быстро локализовать неисправности, просматривать текущие и исторические данные и реагировать быстрее, минимизируя продолжительность и масштаб отключений.

Мобильные приложения устраняют пространственные и временные барьеры, улучшают операционную эффективность, повышают безопасность оборудования и поддерживают устойчивый рост энергетических компаний.

3. Заключение

Технология онлайн-мониторинга состояния, особенно мониторинга температуры, является ключевым компонентом будущих умных сетей, помогая энергетическим компаниям улучшить безопасность оборудования и экономическую эффективность. С развитием технологий, мониторинг температуры будет развиваться в сторону комплексных, интеллектуальных и практичных решений. Интеграция с IoT, мобильными приложениями и другими новыми технологиями определит будущее развитие этой области.