Як онлайн-моніторинг температурних тенденцій покращує безпеку мережі та ефективність обслуговування

Електромережа - це велика мережа, складена з багатьох взаємопов’язаних компонентів, включаючи генерацію, передачу, підстанції, розподіл та обладнання кінцевого споживача. Відмови електрообладнання можуть не лише призвести до непередбачуваних відключень та фінансових втрат для енергетичних компаній, але й спричинити значні економічні ушкодження для споживачів. Тому надійність та стан працездатності цих пристроїв безпосередньо визначають стабільність та безпеку всієї електромережі, а також економічну ефективність, якість електроенергії та надійність послуг енергетичних постачальників.

Онлайн-моніторинг електрообладнання, поєднаний з використанням сучасних обчислювальних методів для аналізу зібраних даних, дозволяє раннє виявлення потенційних аварій, сприяє запобіжним діям та підтримує наукову діагностику аварій та ремонт за станом. Це відіграє ключову роль у підвищенні надійності та безпеки операцій електромережі.

З постійними розробками та зрілістю технологій онлайн-моніторингу, а також успішними застосуваннями в енергетичному секторі Китаю за останні роки, ремонт за станом поступово замінив традиційний ремонти за часом і став необхідною тенденцією. Ще в 2010 році Державна мережа Китаю видала Технічні рекомендації щодо систем онлайн-моніторингу обладнання підстанцій та почала повномасштабне впровадження ремонту за станом, метою якого було підвищення інтелектуальності обладнання, продвиження інтелектуальних пристроїв та технологій, а також досягнення онлайн-попереджень про безпеку та інтелектуального моніторингу обладнання.

На даний момент онлайн-моніторинг головним чином зосереджується на основному обладнанні підстанцій, включаючи:

• Конденсаторне обладнання: онлайн-моніторинг ємності та диелектричних втрат (tanδ)

• Металооксидні грозозахисні пристрої: онлайн-моніторинг загального струму утечки та струму опору

• Трансформатори: онлайн-моніторинг аналізу розчинених газів (DGA) в ізоляційному маслі, ультрависокочастотного (UHF) часткового розряду (PD), PD та tanδ втулок, а також динамічних характеристик регуляторів напруги під завантаженням

• GIS: UHF частковий розряд та моніторинг вологості (мікро-води)

• Оборудування: моніторинг механічних характеристик та щільності газу SF₆

1. Необхідність онлайн-моніторингу температури електрообладнання

Температура є ключовим показником нормальної роботи основного обладнання. Місця з'єднання в електрообладнанні можуть страждати від розслаблення стиснення, недостатнього тиску або вироблення поверхні контакту через термічні цикли, зміщення основи, дефекти виробництва, забруднення середовища, важке перевантаження або окислення. Ці проблеми збільшують контактну опір, що призводить до підвищення температури при протіканні струму. Це прискорює старіння ізоляції, зменшує тривалість життя обладнання, а в крайньому випадку, може спричинити аварійні дуги, згоріння обладнання, поширення ушкоджень, або навіть пожежі та вибухи, особливо на рухомих та стаціонарних контактах відключаючих пристроїв, які мають високі показники відмов. Усі ці фактори постійно загрожують безпечній роботі обладнання.

На даний момент більшість моніторингу температури залежить від традиційних методів, таких як віскові температурні індикатори та періодична інфрачервона термографія. Ці підходи мають ряд недоліків:

• Віскові індикатори піддаються старінню та відколюванню, мають вузький діапазон температур, низьку точність, потребують ручного зчитування та не підтримують автоматизоване управління;

• Інфрачервоні термометри потребують пряме спостереження, залежать від умов середовища та часто неспроможні, коли є перешкоди;

• Ручні перевірки є трудомісткими, потребують близького наближення (що створює ризики безпеки) та не мають реального часу;

• Офлайн-моніторинг не може відстежувати тренди температури або вчасно виявляти аномалії.

Таким чином, традиційні офлайн-методи більше не задовольняють потреби ефективної, безпечного та надійного управління електромережами. Є насущна потреба у технологіях онлайн-моніторингу, які дозволяють відстежувати температуру в реальному часі, вчасно виявляти аномальні ситуації та запобігати пошкодженню обладнання та аваріям. Крім того, онлайн-моніторинг температури розширює область моніторингу стану, надаючи важливі параметри роботи для ремонту за станом, що значно сприяє безпечній та стабільній роботі як окремого обладнання, так і всієї електромережі.

2. Тренди розвитку технологій онлайн-моніторингу температури електрообладнання

Технологія онлайн-моніторингу температури зазвичай інтегрує передові системи датчиків, комунікаційні мережі, комп'ютерні та інформаційні технології, експертні системи аналізу та бази даних. З постійним прогресом технологій, ця галузь розвивається в напрямку автоматизації, інтелектуальності та практичності.

2.1 Застосування технології Інтернету Речей (IoT)

Інтернет Речей (IoT) вважається наступною хвилею інформаційних технологій після комп'ютерів та інтернету, і був визнаний національною стратегічною новою галуззю в Китаї, явно включену в розвиток інтелектуальних мереж. IoT підключає фізичні об'єкти до інтернету за допомогою датчиків, таких як RFID, GPS та лазерні сканери, дозволяючи інтелектуальне розпізнавання, відстеження, моніторинг та управління через обмін інформацією.

Архітектура IoT для моніторингу температури електрообладнання складається з трьох шарів: сприйняття, мережа та застосування.

• Шар сприйняття: збирає реальні дані про температуру за допомогою датчиків (наприклад, контактних або інфрачервоних), встановлених безпосередньо на обладнанні. Для передачі сигналу використовуються коротковолнові бездротові технології, такі як Zigbee, 2.4G або 433M, що забезпечує високовольтну ізоляцію.

• Мережевий шар: передає дані між шарами сприйняття та застосування. Використовуються безпечні, надійні та реальні часові мережі енергетичної комунікації, в основному волоконно-оптичні, доповнені системами передачі даних по електромережі та цифровими мікрохвильовими системами.

• Шар застосування: обробляє, аналізує та візуалізує дані про температуру по багатьох пристроях, надаючи послуги, такі як попередження про аномалії, аналіз трендів, онлайн-діагностика та обмін даними через інтелектуальні платформи.

IoT дозволяє комплексне, реальні часове усвідомлення, надійне з'єднання та інтелектуальний аналіз даних, формуючи основу для міцних та масштабових систем моніторингу температури.

2.2 Пасивна технологія датчиків – заміна батарейного живлення

Більшість бездротових датчиків температури залежать від батарей, які стикаються з проблемами в умовах високого напруги, великого струму та електромагнітних завад. Батареї мають обмежений термін служби, потребують частого заміну та створюють ризик вибуху в умовах високої температури, що обмежує надійність та безпеку системи.

Для подолання цих обмежень, пасивні технології датчиків, включаючи збор енергії з електро/магнітних полів, RF-живлення, теплових градієнтів та поверхневих акустичних хвиль, виникають як напрямок майбутнього. Пасивні датчики мають очевидні переваги:

• Безпідтримкове функціонування протягом циклу життя обладнання, що підвищує надійність системи

• Відсутність батареї означає відсутність ризику вибуху та неперервне відстеження високої температури для раннього виявлення аварій;

• Зменшення використання батарей знижує вплив на навколишнє середовище, додаючи соціальну цінність.

2.3 Інтегрований моніторинг температури за принципом "точка-лінія-площина"

Цей підхід поєднує різні стратегії моніторингу в залежності від типу та важливості обладнання для оптимального покриття.

• Точковий моніторинг: спрямований на локальні гарячі точки, такі як контакти обладнання, шини та кабельні з'єднання, де зовнішнє візуальне відстеження є складним. Датчики встановлюються безпосередньо в цих точках для реального часу моніторингу.

• Лінійний моніторинг: зосереджений на високовольтних кабелях в тунелях, каналізаційних траншеях або лотках. Перегрівання може призвести до пожеж та широкомасштабних відключень. Широко використовується розподілена оптична фібра (DTS), яка надає ізоляцію, стійкість до корозії, високу температурну стійкість та невразливість до електромагнітних завад. DTS дозволяє неперервне, точне профілювання температури вздовж всього довжини кабеля, з точним визначенням місця аварії для швидкої реакції.

Мобільні додатки – Реальний час моніторингу будь-де, будь-коли

Зі зростанням шириною мережі мобільних мереж та потужності смартфонів та планшетів, особливо в епоху 4G, мобільні додатки стали важливими інструментами в операціях підприємств. Їх мобільність, зручність, своєчасність та персоналізація широко прийняті в управлінні енергетичними підприємствами.

Інтеграція даних моніторингу обладнання в мобільні додатки через інтернет та мобільні мережі приносить ключові переваги:

• Зламує обмеження традиційних внутрішніх мереж, дозволяючи реальний доступ до стану обладнання будь-де, будь-коли;

• Підвищує ефективність перевірок за допомогою функцій, таких як цифрове журналювання, зйомка фотографій, GPS-тегування та сканування QR-кодів, перетворюючи обходи перевірок на мобільні, цифрові та інтелектуальні процеси.

• У разі надзвичайних ситуацій, персонал може швидко визначити місце аварії, переглянути реальні та історичні дані, та швидко реагувати, зменшуючи тривалість та масштаб відключень.

Мобільні додатки знимають просторові та часові бариери, підвищують ефективність операцій, підсилюють безпеку обладнання та підтримують стійкий розвиток енергетичних підприємств.

3. Висновок

Технологія онлайн-моніторингу стану, особливо моніторингу температури, є ключовим компонентом майбутніх інтелектуальних мереж, допомагаючи енергетичним компаніям підвищити безпеку обладнання та економічну ефективність. З постійним розвитком технологій, моніторинг температури буде розвиватися в напрямку комплексних, інтелектуальних та практичних рішень. Інтеграція з IoT, мобільними додатками та іншими новітніми технологіями визначатиме майбутній напрямок цієї галузі.