การตรวจสอบสภาพสายไฟออนไลน์: เทคโนโลยี คุณประโยชน์ และแนวโน้มในอนาคต

โครงข่ายไฟฟ้าทั่วโลกกำลังขยายตัวครั้งใหญ่ที่สุดในรอบหลายทศวรรษ การเติบโตของปริมาณการใช้ไฟฟ้าในเมือง การใช้ยานยนต์ไฟฟ้า และการเร่งสร้างแหล่งผลิตพลังงานหมุนเวียน เช่น ฟาร์มกังหันลม โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ ได้ผลักดันความต้องการสายเคเบิลใต้ดินอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ในอดีต สายส่งไฟฟ้าแรงสูงเคยพาดผ่านเมืองต่างๆ แต่ปัจจุบันสายเคเบิล XLPE แบบอัดรีดและแบบหุ้มฉนวนกระดาษหุ้มตะกั่ว (PILC) กลับวิ่งอยู่ใต้ถนน อุโมงค์ และข้ามแม่น้ำ ซึ่งมักจะรับภาระไฟฟ้ามากกว่าที่ออกแบบไว้ถึง 50-100%

การขยายตัวนี้มาพร้อมกับความท้าทายในการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น ความล้มเหลวของสายเคเบิลเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่ก่อให้เกิดการหยุดชะงักมากที่สุดในโครงข่ายจำหน่ายไฟฟ้า เนื่องจากต้องมีการขุดเจาะ ค้นหาจุดที่ชำรุด การต่อสาย และการซ่อมแซม ซึ่งมักมีค่าใช้จ่ายหลายหมื่นดอลลาร์ต่อเหตุการณ์ นอกเหนือจากค่าปรับจากการที่ลูกค้าไม่ได้รับบริการ ในอดีต การบำรุงรักษาสายเคเบิลอาศัยการทดสอบแบบออฟไลน์ตามช่วงเวลา เช่น การทดสอบทนแรงดันไฟฟ้า VLF การวัดความต้านทานฉนวน และการสำรวจการปล่อยประจุบางส่วน (partial discharge) ทุกๆ หนึ่งถึงห้าปี แม้ว่าการทดสอบเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็เป็นเพียงภาพถ่าย ณ จุดเวลาหนึ่งๆ ทำให้สายเคเบิลไม่ได้รับการตรวจสอบระหว่างการตรวจสอบ และข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นหลังจากผ่านการทดสอบไปไม่นาน อาจลุกลามจนเกิดความล้มเหลวก่อนถึงกำหนดการตรวจสอบครั้งต่อไป

เพื่อปิดช่องว่างนี้ บริษัทสาธารณูปโภค ผู้ประกอบการอุตสาหกรรม และผู้พัฒนาโครงการพลังงานหมุนเวียน กำลังนำระบบตรวจสอบสภาพสายเคเบิลไฟฟ้าแบบออนไลน์มาใช้มากขึ้น แทนที่จะนำสายเคเบิลออกจากระบบเพื่อทำการทดสอบ เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งถาวรจะวัดสภาพทางไฟฟ้าและความร้อนของสายเคเบิลอย่างต่อเนื่องในขณะที่ยังคงมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน บทความนี้จะสำรวจว่าการตรวจสอบแบบออนไลน์คืออะไร เทคโนโลยีที่มีอยู่ สถาปัตยกรรมระบบที่จำเป็น และทิศทางของวงการนี้เมื่อโครงสร้างพื้นฐานโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (smart grid) มีความสมบูรณ์มากขึ้น

การตรวจสอบสภาพสายเคเบิลไฟฟ้าแบบออนไลน์ คือ การวัดค่าพารามิเตอร์สุขภาพของสายเคเบิลแบบต่อเนื่องและแบบเรียลไทม์ โดยใช้เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งถาวร โดยไม่กระทบต่อการให้บริการ ระบบตรวจสอบจะรวบรวมข้อมูลที่อุปกรณ์เสริมของสายเคเบิล (ข้อต่อ จุดปลายสาย) และตลอดเส้นทางของสายเคเบิล ส่งไปยังหน่วยกลางหรือแพลตฟอร์มคลาวด์ และใช้ขั้นตอนวิธีวิเคราะห์เพื่อประเมินสภาพฉนวน ภาระความร้อน และความสมบูรณ์ของอุปกรณ์เสริม

แตกต่างจากการทดสอบแบบออฟไลน์ที่ให้การวัดค่า ณ จุดเวลาหนึ่ง การตรวจสอบแบบออนไลน์จะให้กระแสข้อมูลอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติหลัก ได้แก่:

วัตถุประสงค์ไม่ใช่เพื่อทดแทนการทดสอบแบบออฟไลน์ทั้งหมด แต่เพื่อเสริมกัน: การตรวจสอบแบบออนไลน์ให้การรับรู้สถานการณ์อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่การทดสอบแบบออฟไลน์ตามช่วงเวลายังคงเป็นวิธีการที่ยอมรับสำหรับการประเมินสภาพเชิงปริมาณและการค้นหาจุดที่ชำรุด

ความล้มเหลวของสายเคเบิลใต้ดินไม่ค่อยเกิดขึ้นอย่างกะทันหัน ส่วนใหญ่เป็นไปตามเส้นทางการเสื่อมสภาพที่คาดการณ์ได้เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี กลไกความล้มเหลวหลัก ได้แก่:

กลไกเหล่านี้แต่ละอย่างทิ้งร่องรอยที่สามารถวัดได้ การเสื่อมสภาพของฉนวนเปลี่ยนแปลงการสูญเสียไดอิเล็กทริก การปล่อยประจุบางส่วนสร้างพัลส์ความถี่สูง การเกิดต้นน้ำเปลี่ยนแปลงลักษณะของค่า Tan Delta ความร้อนสูงเกินไปสร้างรูปแบบอุณหภูมิไปตามเส้นทาง การตรวจสอบแบบออนไลน์จะจับร่องรอยเหล่านี้เมื่อเกิดขึ้น ซึ่งนานก่อนที่สายเคเบิลจะตัดวงจร การตรวจจับตั้งแต่เนิ่นๆ จะเปลี่ยนการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดให้กลายเป็นการบำรุงรักษาตามกำหนด

การตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วนเป็นเทคนิคออนไลน์ที่ไวต่อการรับรู้และนำมาใช้มากที่สุด หม้อแปลงกระแสความถี่สูง (HFCT) ที่หนีบอยู่รอบสายดินที่ข้อต่อและจุดปลายสาย จะตรวจจับกระแสพัลส์ที่เกิดจากการปล่อยประจุภายใน ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง หรือเซ็นเซอร์ VHF/UHF อาจถูกฝังอยู่ในอุปกรณ์เสริมแรงดันไฟฟ้าสูงด้วย สัญญาณจะถูกวิเคราะห์ในโดเมนการปล่อยประจุบางส่วนแบบเฟสสัมพันธ์ (PRPD): รูปแบบของพัลส์ที่สัมพันธ์กับรอบแรงดันไฟฟ้า AC จะแสดงว่าการปล่อยประจุมีต้นกำเนิดมาจากช่องว่างภายใน การติดตามพื้นผิว โคโรนา หรือศักย์ลอยหรือไม่ ระบบขั้นสูงใช้การจัดกลุ่มอัตโนมัติเพื่อแยกการปล่อยประจุบางส่วนออกจากสัญญาณรบกวน

การตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจาย (DTS) ใช้สายใยแก้วนำแสงที่ติดตั้งอยู่ข้างๆ (หรือภายใน) สายเคเบิลไฟฟ้า พัลส์เลเซอร์ที่ส่งลงไปในเส้นใยจะสร้างการกระเจิงกลับแบบรามาน การเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นบ่งชี้อุณหภูมิเฉพาะที่ และความล่าช้าของเวลาจะระบุตำแหน่งภายในหนึ่งเมตรตลอดระยะทางหลายสิบกิโลเมตร DTS ตรวจจับจุดร้อนที่เกิดจากท่อร้อยสายที่อุดตัน ข้อต่อที่ไม่ดี หรือการรับภาระเกินอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังรองรับการให้คะแนนแบบไดนามิก: โดยการวัดอุณหภูมิของตัวนำจริงแทนที่จะคาดเดา ผู้ปฏิบัติงานสามารถเพิ่มภาระในช่วงสภาวะที่เอื้ออำนวย และลดลงในช่วงคลื่นความร้อน

การตรวจสอบปลอกสายเคเบิลใช้หม้อแปลงกระแสที่จุดเชื่อมต่อแบบไขว้และการต่อลงดิน เพื่อวัดกระแสหมุนเวียนและความต่อเนื่องของปลอกหุ้ม การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในอัตราส่วนกระแสปลอกหุ้ม หรือการปรากฏของส่วนประกอบ DC บ่งชี้ความเสียหายของปลอกหุ้ม สายนำขาด หรือการเสื่อมสภาพของการต่อลงดิน เนื่องจากความผิดปกติของปลอกหุ้มเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าของความล้มเหลวของฉนวนหลัก การตรวจสอบพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างต่อเนื่องจึงเป็นการเตือนล่วงหน้าถึงข้อบกพร่องที่กำลังพัฒนา

พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าพื้นฐาน เช่น กระแสโหลด อุณหภูมิของตัวนำ (ผ่านแบบจำลองความร้อน) แรงดันไฟฟ้า และตัวประกอบกำลัง มักจะมีให้จากระบบ SCADA หรือ RTU ที่มีอยู่ เมื่อนำมาสัมพันธ์กับข้อมูลการปล่อยประจุบางส่วนและอุณหภูมิ พารามิเตอร์เหล่านี้จะช่วยตีความว่าความผิดปกติที่วัดได้สะท้อนถึงข้อบกพร่องของฉนวนที่แท้จริง หรือเป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวที่เกิดจากการสับเปลี่ยนวงจรหรือการสตาร์ทมอเตอร์

ปริมาณข้อมูลที่สร้างขึ้นจากเซ็นเซอร์ต่อเนื่องนั้นเกินกว่าที่การตรวจสอบด้วยตนเองจะประมวลผลได้ ขั้นตอนวิธีแมชชีนเลิร์นนิง ซึ่งได้รับการฝึกฝนจากบันทึกความล้มเหลวในอดีต ค่าอ้างอิงจากการทดสอบก่อนเริ่มใช้งาน และรูปแบบข้อบกพร่องที่ทราบ จะทำงานอัตโนมัติ เช่น การจำแนกแหล่งที่มาของการปล่อยประจุบางส่วน การตรวจจับแนวโน้มที่ละเอียดอ่อนในค่า Tan Delta หรือความต้านทานฉนวน การคาดการณ์อายุการใช้งานที่เหลือ และการจัดลำดับความสำคัญของใบสั่งงานบำรุงรักษาตามความเสี่ยง โมเดลเหล่านี้ทำงานบน Edge (ในหน่วยเก็บข้อมูลภาคสนาม) หรือบนคลาวด์ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของข้อมูลและการเชื่อมต่อเครือข่าย

ระบบตรวจสอบสภาพสายเคเบิลแบบออนไลน์ทั่วไปประกอบด้วยห้าชั้น:

สถาปัตยกรรมระบบเป็นไปตามสายโซ่การรับรู้-ตัดสินใจมาตรฐาน: รับรู้, เก็บข้อมูล, ส่ง, วิเคราะห์, ดำเนินการ

ทั้งสองแนวทางเสริมกัน การทดสอบแบบออฟไลน์ให้การระบุตำแหน่งความผิดพลาดเชิงปริมาณและการทดสอบยืนยัน; การตรวจสอบแบบออนไลน์ให้การรับรู้สถานการณ์อย่างต่อเนื่อง โปรแกรมที่สมบูรณ์จะใช้ทั้งสองอย่าง

สถานการณ์ที่ 1: การตรวจสอบสายเคเบิลจำหน่ายใต้ดิน บริษัทสาธารณูปโภคเทศบาลที่มีสายส่งใต้ดินขนาด 10-35 kV จำนวน 3,000 กม. ติดตั้งเซ็นเซอร์ HFCT ที่ข้อต่อสำคัญในพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูง ระบบจะแจ้งเตือนเมื่อกิจกรรมการปล่อยประจุบางส่วนเกินค่าพื้นฐาน โดยสั่งการให้ทีมงานตรวจสอบข้อต่อเฉพาะจุดในช่วงเวลาบำรุงรักษาตามแผน ซึ่งช่วยลดการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดในใจกลางเมือง

สถานการณ์ที่ 2: การตรวจสอบสายเคเบิลส่งแรงดันสูง ผู้ควบคุมระบบส่งกำลังใช้ DTS ตลอดสายเคเบิลข้ามแม่น้ำขนาด 15 กม. ขนาด 110 kV โปรไฟล์อุณหภูมิใยแก้วนำแสงเผยให้เห็นจุดร้อนที่ระยะ 7.2 กม. ซึ่งสายเคเบิลหย่อนใกล้กับท่อร้อยสาย ทีมบำรุงรักษาได้กำจัดสิ่งกีดขวางก่อนที่การเสื่อมสภาพทางความร้อนจะก่อให้เกิดความเสียหายถาวร

สถานการณ์ที่ 3: การตรวจสอบสายเคเบิลพลังงานหมุนเวียน ผู้ปฏิบัติการฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งตรวจสอบสายเคเบิลระหว่างแถวด้วยการผสมผสานระหว่าง DTS และการปล่อยประจุบางส่วนแบบออนไลน์ ระบบจะสัมพันธ์กับจุดร้อนของอุณหภูมิกับพัลส์การปล่อยประจุบางส่วน เพื่อระบุสายเคเบิลที่ประสบปัญหาน้ำเข้าหลังพายุ ซึ่งจะสั่งการให้เปลี่ยนในช่วงฤดูที่อากาศสงบครั้งต่อไป แทนที่จะรอให้เกิดความล้มเหลว

การตรวจสอบสภาพสายเคเบิลไฟฟ้าแบบออนไลน์แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงจากการทดสอบตามปฏิทินไปสู่การจัดการสินทรัพย์ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ด้วยการวัดการปล่อยประจุบางส่วน อุณหภูมิ สภาพปลอกหุ้ม และพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในขณะที่สายเคเบิลยังคงมีกระแสไฟฟ้าไหล ผู้ปฏิบัติงานจะได้รับการเตือนล่วงหน้าถึงการเสื่อมสภาพของฉนวน ข้อบกพร่องของข้อต่อ และการรับภาระความร้อนเกิน ซึ่งช่วยให้สามารถเข้าแทรกแซงก่อนที่ความผิดพลาดจะกลายเป็นความล้มเหลว เมื่อรวมกับการทดสอบแบบออฟไลน์ตามช่วงเวลาและการวิเคราะห์แนวโน้มด้วย AI การตรวจสอบแบบออนไลน์จะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของโครงข่ายไฟฟ้า เพิ่มความปลอดภัยของบุคลากรระหว่างการบำรุงรักษา และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้จ่ายเงินลงทุนโดยการกำหนดเป้าหมายการเปลี่ยนสายเคเบิลที่จำเป็นจริงๆ

เมื่อโครงข่ายไฟฟ้ามีอายุมากขึ้นและการใช้พลังงานหมุนเวียนเพิ่มขึ้น เหตุผลทางเศรษฐกิจสำหรับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องจะแข็งแกร่งขึ้น XZH TEST นำเสนอโซลูชันการทดสอบและวินิจฉัยสายเคเบิลระดับมืออาชีพ ซึ่งรวมถึงเครื่องทดสอบ VLF AC hipot, ระบบตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วน, เครื่องระบุตำแหน่งความผิดพลาดสายเคเบิล TDR และเครื่องมือตรวจสอบแบบออนไลน์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อสนับสนุนการจัดการสินทรัพย์สายเคเบิลตลอดการทดสอบก่อนเริ่มใช้งาน การทดสอบตามช่วงเวลา และการประเมินสภาพอย่างต่อเนื่อง

XZH TEST (Xian Xuzhihui Electromechanical Technology Co., Ltd.) เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ทดสอบและวินิจฉัยสายเคเบิลไฟฟ้าสำหรับบริษัทสาธารณูปโภค โรงงานอุตสาหกรรม และโครงการพลังงานหมุนเวียน กลุ่มผลิตภัณฑ์ประกอบด้วยเครื่องระบุตำแหน่งความผิดพลาดสายเคเบิล, เครื่องระบุตำแหน่งเบื้องต้น TDR, เครื่องทดสอบ VLF AC hipot, ระบบตรวจจับการปล่อยประจุบางส่วน และโซลูชันการตรวจสอบสายเคเบิลแบบออนไลน์ อุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อความทนทานภาคสนาม ความแม่นยำในการวัด และการปฏิบัติตามมาตรฐานการทดสอบสากล

เว็บไซต์: XZH TEST