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以明日的线路感测器技术因应今日可靠度挑战
[作者 Swarnab Banerjee]   2017年11月09日 星期四 浏览人次: [5446]


旧式的电力网设备、巨大的暴风、以及高龄化的人力,正是许多电力公司在现今不断改变的能源情况中所面临的部份挑战。假如无法善加管理,这些挑战将会导致更大的问题:因为关键性作业的中断而酿成会耗费电力公司客户数百万美元的电力中断。


电力公司可以采用各种方式来因应未来服务中断的风险,其中包括了配电网路现代化、管理叶片(foliage)的成长以及雇用更多的线路维修人员。然而,这些选项可能会太过复杂而难以评估,因为所有选项都有着不同程度的成本、技术风险、以及社会效益。


许多电力公司最近都专注在寻找、雇用与训练更多的线路维修人员,因为此举可以改善停电的反应,并且为客户带来更好的服务。然而,在世界上的许多地方因为高龄化的人力,使得想要找到技术熟练的工人并填补空缺的线路维修人员职务变得日益困难。是否有可能去改善线路维修人员的工作内容,使他们可以分配出更多的时间到实际的维修与高优先的维护,并且花费较少的时间在搜寻破损的线路上呢?


在电力网节点上撷取资料就是关键

近年来,许多国家都已经历过长时间的停电,而其原因只不过是因为要找寻问题的来源很困难。那麽电力公司要如何改善分配网路架构,才能获得较隹的停电反应呢?答案就在於从能够降低系统成本,并且允许在电力基础架构中布署更多节点这类更好的线路感测器技术中获取。此项技术具有更高的整合性,有助於实现更高的量测精确度,消耗更少的电力以及需要更少的维护。


新的线路感测器最为常见的使用情况之一,就是节点监测系统通常称为故障指示器。当问题发生时,它会侦测并传送警示,如此维修人员就可以在延迟最少的情况下去处理故障的设备。图1中所示为故障指示器使用於电力分配线路的情况。在不同的地区与不同的供应商使用了许多名称来描述这套相同的系统,其中包括线路监测器、故障监测器,以及故障电路指示器。在本文中,通用术语「故障指示器」描述了用来侦测电力线路物理状态的系统、线路感测器,以及其基础技术。



图1
图1

在地下应用(如图2所示)中,故障指示器被设置於每条主要缆线的电缆终端处。发生故障的指示器上游会跳闸,而发生故障的指示器下游则会维持在未跳闸的位置。如此一来,服务团队不需要经过耗费时间的隔离程序,就可以轻易的辨认出电缆或是设备的故障区域。地下应用装置可能包含有变压器、开关装置、机柜、接线盒、接头等。



图2
图2

在高架应用中,在故障指示器上易於识别的显示器能够将线路维修人员引导至线路问题的区域。高架应用装置包括无熔丝分接头、具有中线重合器的长进料器、分段开关装置、过渡装置和进料器等。


与现有故障指示器相关的两项最大挑战是:第一,它们可能太过昂贵而无法大量购买;第二,它们需要经常性维护才能够持续的正常发挥功能。累计购买成本以及经常性维护是预算与资源有限的电力公司无法在其庞大的电力基础架构中布署更多故障指示器的两项主要原因。


透过先进电力管理改善故障指示器

为了因应这些挑战,一种能够以高效率收集电力同时又需要较少维修,使用於故障指示器的感测器架构的新产品线目前已经上市(叁考图3)。



图3
图3

虽然基本功能看似简单,但是可收集电力的故障指示器设计其实是很复杂的。它要从电力供应架构开始。三种独立的电力来源:电力线路感测器、可充电电池和超级电容器都是必要的,此外还要有知道如何将供电状况的变化与负载状况的变化加以平衡的控制演算法这些全都要保证是始终在线的运作。


关键性的创新是能够让系统更快速启动、更低功率耗损,以及更平顺运作的全新多重电力路径设计技术。透过采用更好的电力管理,故障指示器的维护将会减少,因为线路维修人员不需要频繁的更换电池,也无需执行许多的系统检查。


新的故障指示器设计也可以利用更为复杂的资料搜集与更健全的无线通讯来提升性能。他们可以使用高速精密转换器以远高於电力频率的资料速率去搜集电力线路资讯,藉以撷取更为精细的资料。这些装置所触及的范围也会透过整合式无线通讯(像是短波无线电与GSM通讯协定)等而加以改善(叁考图4)。故障指示器可以发送资料与传送它们的状态,如此线路维修人员可以花费较少的时间去搜寻故障,而使用较多的时间去解决这些问题。



图4
图4

大数据分析将可以带来更好的能源智能

受惠於先进线路感测器技术的故障指示器,为电力公司带来了改变其运作方式的机会。藉由在节点搜集更为精细的资料、拥有更好的连结,以及在维护方面较便宜的执行设备,电力公司将可以更快速而且更具自信的对於停电状况进行辨识与反应。然而,还有其它的可能性可以考量。举例来说,一整套的故障指示器可以提供历史资料与警示,如此电力公司就可以使用机械学习演算法则与分析法去分配更有效率的线路维修人员行动,降低作业费用并实现更好的营运成果。


总结

电力公司客户常常会遇到长时间的电力中断状况,这是因为问题点很难加以定位。有一个可以让电力公司用来补救这种状况的方法,就是更广泛的设置故障指示器。能够以更高的效率收集电力,并降低维护方面的需求,适用於故障指示器的全新线路感测器技术目前已经可供使用。此项新技术让电力公司能够善用次世代故障指示器的优点,并因为较短的停电、较低的作业费用、以及更为满意的客户而获益。


(本文作者Swarnab Banerjee任职美商亚德诺(ADI)能源管理产品事业群系统工程经理)


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