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以明日的線路感測器技術因應今日可靠度挑戰
[作者 Swarnab Banerjee]   2017年11月09日 星期四 瀏覽人次: [611]


舊式的電力網設備、巨大的暴風、以及高齡化的人力,正是許多電力公司在現今不斷改變的能源情況中所面臨的部份挑戰。假如無法善加管理,這些挑戰將會導致更大的問題:因為關鍵性作業的中斷而釀成會耗費電力公司客戶數百萬美元的電力中斷。


電力公司可以採用各種方式來因應未來服務中斷的風險,其中包括了配電網路現代化、管理葉片(foliage)的成長以及僱用更多的線路維修人員。然而,這些選項可能會太過複雜而難以評估,因為所有選項都有著不同程度的成本、技術風險、以及社會效益。


許多電力公司最近都專注在尋找、僱用與訓練更多的線路維修人員,因為此舉可以改善停電的反應,並且為客戶帶來更好的服務。然而,在世界上的許多地方因為高齡化的人力,使得想要找到技術熟練的工人並填補空缺的線路維修人員職務變得日益困難。是否有可能去改善線路維修人員的工作內容,使他們可以分配出更多的時間到實際的維修與高優先的維護,並且花費較少的時間在搜尋破損的線路上呢?


在電力網節點上擷取資料就是關鍵

近年來,許多國家都已經歷過長時間的停電,而其原因只不過是因為要找尋問題的來源很困難。那麼電力公司要如何改善分配網路架構,才能獲得較佳的停電反應呢?答案就在於從能夠降低系統成本,並且允許在電力基礎架構中佈署更多節點這類更好的線路感測器技術中獲取。此項技術具有更高的整合性,有助於實現更高的量測精確度,消耗更少的電力以及需要更少的維護。


新的線路感測器最為常見的使用情況之一,就是節點監測系統—通常稱為故障指示器。當問題發生時,它會偵測並傳送警示,如此維修人員就可以在延遲最少的情況下去處理故障的設備。圖1中所示為故障指示器使用於電力分配線路的情況。在不同的地區與不同的供應商使用了許多名稱來描述這套相同的系統,其中包括線路監測器、故障監測器,以及故障電路指示器。在本文中,通用術語「故障指示器」描述了用來偵測電力線路物理狀態的系統、線路感測器,以及其基礎技術。



圖1
圖1

在地下應用(如圖2所示)中,故障指示器被設置於每條主要纜線的電纜終端處。發生故障的指示器上游會跳閘,而發生故障的指示器下游則會維持在未跳閘的位置。如此一來,服務團隊不需要經過耗費時間的隔離程序,就可以輕易的辨認出電纜或是設備的故障區域。地下應用裝置可能包含有變壓器、開關裝置、機櫃、接線盒、接頭等。



圖2
圖2

在高架應用中,在故障指示器上易於識別的顯示器能夠將線路維修人員引導至線路問題的區域。高架應用裝置包括無熔絲分接頭、具有中線重合器的長進料器、分段開關裝置、過渡裝置和進料器等。


與現有故障指示器相關的兩項最大挑戰是:第一,它們可能太過昂貴而無法大量購買;第二,它們需要經常性維護才能夠持續的正常發揮功能。累計購買成本以及經常性維護是預算與資源有限的電力公司無法在其龐大的電力基礎架構中佈署更多故障指示器的兩項主要原因。


透過先進電力管理改善故障指示器

為了因應這些挑戰,一種能夠以高效率收集電力同時又需要較少維修,使用於故障指示器的感測器架構的新產品線目前已經上市(參考圖3)。



圖3
圖3

雖然基本功能看似簡單,但是可收集電力的故障指示器設計其實是很複雜的。它要從電力供應架構開始。三種獨立的電力來源:電力線路感測器、可充電電池和超級電容器都是必要的,此外還要有知道如何將供電狀況的變化與負載狀況的變化加以平衡的控制演算法—這些全都要保證是始終在線的運作。


關鍵性的創新是能夠讓系統更快速啟動、更低功率耗損,以及更平順運作的全新多重電力路徑設計技術。透過採用更好的電力管理,故障指示器的維護將會減少,因為線路維修人員不需要頻繁的更換電池,也無需執行許多的系統檢查。


新的故障指示器設計也可以利用更為複雜的資料蒐集與更健全的無線通訊來提升性能。他們可以使用高速精密轉換器以遠高於電力頻率的資料速率去蒐集電力線路資訊,藉以擷取更為精細的資料。這些裝置所觸及的範圍也會透過整合式無線通訊(像是短波無線電與GSM通訊協定)等而加以改善(參考圖4)。故障指示器可以發送資料與傳送它們的狀態,如此線路維修人員可以花費較少的時間去搜尋故障,而使用較多的時間去解決這些問題。



圖4
圖4

大數據分析將可以帶來更好的能源智能

受惠於先進線路感測器技術的故障指示器,為電力公司帶來了改變其運作方式的機會。藉由在節點蒐集更為精細的資料、擁有更好的連結,以及在維護方面較便宜的執行設備,電力公司將可以更快速而且更具自信的對於停電狀況進行辨識與反應。然而,還有其它的可能性可以考量。舉例來說,一整套的故障指示器可以提供歷史資料與警示,如此電力公司就可以使用機械學習演算法則與分析法去分配更有效率的線路維修人員行動,降低作業費用並實現更好的營運成果。


總結

電力公司客戶常常會遇到長時間的電力中斷狀況,這是因為問題點很難加以定位。有一個可以讓電力公司用來補救這種狀況的方法,就是更廣泛的設置故障指示器。能夠以更高的效率收集電力,並降低維護方面的需求,適用於故障指示器的全新線路感測器技術目前已經可供使用。此項新技術讓電力公司能夠善用次世代故障指示器的優點,並因為較短的停電、較低的作業費用、以及更為滿意的客戶而獲益。


(本文作者Swarnab Banerjee任職美商亞德諾(ADI)能源管理產品事業群系統工程經理)


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