مراقبة قواطع الدائرة الكهربائية عبر الإنترنت

• الهدف الأساسي:: تحقيق الرصد والتقييم المستمر في الوقت الحقيقي للحالة الميكانيكية والكهربائية لقواطع الدارات الكهربائية ذات الجهد العالي/الجهد العالي الفائق، بهدف التحول من نموذج "الصيانة التقليدية القائمة على المدة (TBM)" إلى نموذج "الصيانة القائمة على الحالة (CBM)" الأكثر كفاءة وموثوقية.

• أبعاد المراقبة:: يستخدم النظام شبكة متعددة الأبعاد من أجهزة الاستشعار لجمع بارامترات التشغيل الرئيسية لقواطع الدارة بشكل شامل، بما في ذلك بشكل رئيسي: الخصائص الميكانيكية لآلية التشغيل، وحالة الوسط العازل (مثل غاز SF6)، وموصلية الدائرة الرئيسية، وسلامة الدوائر المساعدة ودوائر التحكم.

• القاعدة التكنولوجية:: استنادًا إلى تقنية الاستشعار الحديثة والحصول على البيانات عالية السرعة والحوسبة المتطورة وخوارزميات التشخيص الذكية، يقوم بتحليل الكم الهائل من البيانات التي تم جمعها، ويستخرج الكميات المميزة للحالة الصحية للمعدات، ويتنبأ باتجاهات الأعطال المحتملة.

• بنية النظام:: عادةً ما يتم اعتماد هيكل موزع متعدد الطبقات، بما في ذلك طبقة استشعار في الواجهة الأمامية، وطبقة محلية للحصول على البيانات ومعالجتها، وطبقة شبكية مسؤولة عن نقل البيانات، وطبقة رئيسية لتحليل التطبيقات في المركز.

• القيمة المطبقة:: تكمن قيمته الأساسية في الإنذار المبكر بالعيوب المحتملة في قواطع الدائرة، وتجنب الحوادث الشرسة مثل رفض العمل والتفعيل الخاطئ، وتحسين استراتيجيات الصيانة، وتقليل تكاليف التشغيل والصيانة طوال العمر الافتراضي، وتوفير الدعم الفني الرئيسي للتشغيل الآمن والمستقر لشبكات الطاقة.

أولاً: الحاجة إلى الرصد عبر الإنترنت وأهدافه

تُعد قواطع الدارات الكهربائية عالية الجهد (HVBCs) أكثر معدات التحكم والحماية أهمية في نظام الطاقة، وترتبط حالتها التشغيلية مباشرةً بسلامة شبكة الطاقة بأكملها. ينطوي نموذج الصيانة التقليدية القائمة على الوقت (TBM) على العديد من العيوب: فمن ناحية، قد يؤدي ذلك إلى تفكيك وإصلاح المعدات في حالة جيدة دون داعٍ، مما يؤدي إلى إهدار الموارد واحتمال ظهور عيوب جديدة؛ ومن ناحية أخرى، من المستحيل اكتشاف التدهور المفاجئ أو التدريجي بين دورتي صيانة، ولا يزال الخطر المحتمل للحوادث قائمًا.

الهدف الأساسي لنظام مراقبة قواطع الدوائر الكهربائية عبر الإنترنت هو تحقيقالصيانة المستندة إلى الحالة (CBM)، أي

1. الوعي بالحالة في الوقت الحقيقي:: الحصول باستمرار على بيانات عن ظروف تشغيل قواطع الدارات الكهربائية لفهم "مؤشر صلاحيتها" بشكل كامل.

2. الإنذار المبكر بالعيوب:: تنبيهات في مرحلة تبرعم الأعطال من خلال تحليل الاتجاهات وتشخيص الشذوذات الحجمية المميزة.

3. تجنب حالات التوقف غير المجدولة:: منع بفعالية انقطاع الشبكة على نطاق واسع بسبب رفض قاطع الدائرة الكهربائية أو التفعيل الخاطئ.

4. تحسين قرارات التشغيل والصيانة:: توفير أساس دقيق للبيانات لتخطيط الصيانة، والانتقال من "الصيانة في الوقت المحدد" إلى "الصيانة حسب الطلب".

ثانيا - أغراض الرصد الأساسية والمبادئ التقنية

عادةً ما يغطي نظام المراقبة الشاملة لقواطع الدوائر الكهربائية عبر الإنترنت المكونات الرئيسية التالية:

1- مراقبة الخواص الميكانيكية عبر الإنترنت
تنبع الغالبية العظمى من أعطال قواطع الدارات الكهربائية (حوالي 801 TP3T) من عيوب في آلية التشغيل الميكانيكية.

• تحليل الشكل الموجي لتيار ملف التبديليتم تجميع الأشكال الموجية الحالية لملفات التبديل والإغلاق بواسطة مستشعرات تيار هول غير التطفلية. الشكل الموجي هو "البصمة" للعملية الكاملة لآلية التشغيل، والتي تحتوي على العديد من النقاط الزمنية الرئيسية مثل حركة القلب والتبديل الإضافي للتبديل، وما إلى ذلك. ويمكن حساب الشكل الموجي بدقة من خلال تحليل وقت النقطة المميزة (مثل وقت الشفط) وسعة التيار. من خلال تحليل زمن النقطة المميزة (مثل وقت الشفط والإغلاق) وسعة التيار للشكل الموجي، فإن قاطع الدائرة الكهربائيةأوقات التبديل والإغلاق، عدم تعدد الأطوار الثلاثةوتحديد ما إذا كانت هناك مشاكل مثل التشويش على القلب أو عدم كفاية تخزين الطاقة أو ضعف الاتصال في الدائرة المساعدة.

• مراقبة حالة محرك تخزين الطاقة التخزينية:: مراقبة تيار بدء التشغيل وتيار التشغيل ووقت تخزين الطاقة لمحركات تخزين الطاقة. وعادة ما يشير الوقت المفرط لتخزين الطاقة أو التيارات غير الطبيعية إلى وجود مشاكل في المحرك نفسه أو في آلية التشغيل، مثل ضعف التزييت أو التشويش.

• مراقبة الاهتزازات وسلوك السفر:: يتم التقاط إشارات الاهتزاز أثناء التشغيل عن طريق تركيب حساسات تسارع على صناديق الآلية أو أذرع التشغيل. من خلال تحليل إشارات الاهتزاز في مجال التردد الزمني، يمكن تحديد العيوب الميكانيكية مثل ارتخاء المكونات وانفصال السحابات. ولمراقبة أكثر دقة، يمكن استخدام مستشعرات عدم التلامس (مثل الليزر والموجات فوق الصوتية) لقياس منحنى زمن الشوط (s-t) للتلامس الرئيسي مباشرةً للحصول علىسرعة الإغلاق والإغلاق، والإغلاق الزائد، والارتدادوغيرها من المعلمات الميكانيكية الأساسية.

2 - الرصد المباشر للأداء الكهربائي

• مراقبة كثافة غاز SF6 والمياه الدقيقة:

  • مراقبة الكثافة:: بالنسبة لقواطع الدارة SF6، تعتمد خصائص العزل وإطفاء القوس الكهربائي للغاز بشكل مباشر علىالكثافةبدلاً من الضغط (يتأثر الضغط بشدة بدرجة الحرارة). يرصد مرحل الكثافة على الخط باستمرار كثافة غاز سادس فلوريد الكبريت 6 ويشير إلى وجود تسرب إذا انخفضت الكثافة عن عتبة الإنذار.

  • مراقبة المياه الدقيقة:: يمكن أن تؤدي الكميات الضئيلة من الماء في الزيت إلى تدهور عزل SF6 وإنتاج نواتج تحلل أكالة. يراقب جهاز استشعار الماء الصغير المدمج في الخط باستمرار محتوى الماء (جزء في المليون) في الغاز ويمنع تدهور العزل الداخلي.

• مراقبة توصيلية الدائرة الرئيسية:

  • مراقبة درجة حرارة التلامس:: الرصد الآني لارتفاع درجة حرارة التلامس عن طريق تركيب أجهزة استشعار لاسلكية سلبية لدرجة الحرارة (تقنية SAW أو RFID) في وصلات التلامس المتحركة والثابتة لقواطع الدوائر الكهربائية. الارتفاع غير الطبيعي في درجة الحرارة هو المؤشر الأكثر مباشرة وموثوقية لزيادة مقاومة التلامس في الدائرة الرئيسية، والتي يمكن أن تحذر بشكل فعال من العيوب الخطيرة مثل احتراق التلامس وضعف التلامس.

  • مراقبة الفراغ:: بالنسبة لقواطع التفريغ الكهربائي، يمكن استخدام مبدأ التفريغ المغنطروني أو مبدأ الحث في المجال الكهربائي لتقييم ما إذا كان تفريغ غرفة القاطع المفرغ مؤهلاً على الخط.

3 - مراقبة الدوائر المساعدة ودائرة التحكم والمراقبة
تضمن مراقبة جهد إمداد التيار المستمر التشغيلي، وصحة الدوائر الثانوية، وحالة تشغيل السخانات تشغيل قواطع الدائرة والتحكم فيها بشكل موثوق عند الحاجة.

ثالثاً - بنية النظام

عادةً ما تستخدم أنظمة مراقبة قواطع الدوائر الكهربائية عبر الإنترنت بنية نموذجية من أربع طبقات لإنترنت الأشياء (IoT):

1. طبقة الإدراك (المستشعرات):: يتكون من أنواع مختلفة من المستشعرات (التيار ودرجة الحرارة والاهتزاز والكثافة ومستشعرات الإزاحة وغيرها) مثبتة على جسم قاطع الدائرة وآلية التشغيل، وهي مسؤولة عن التقاط الإشارات الفيزيائية الخام.

2. طبقة الاستحواذ (وحدات في الموقع):: يتكون من محطة طرفية ذكية للحصول على البيانات (DAU) يتم نشرها بالقرب من قاطع الدائرة. وهي مسؤولة عن تكييف إشارات الاستشعار، والتحويل التماثلي إلى رقمي، وتعبئة البيانات، وأداء بعض وظائف الحوسبة الطرفية والإنذار المحلي.

3. طبقة الشبكة (الاتصالات):: مسؤول عن نقل البيانات عن بعد من وحدة الاستحواذ إلى المحطة الرئيسية. وعادةً ما يعتمد الإيثرنت الليفي الضوئي أو ناقل خط الطاقة (PLC) أو الاتصال اللاسلكي 4G/5G.

4. طبقة التطبيق (البرنامج الرئيسي):: تُنشر على خادم مركز المراقبة، وتوفر واجهة رسومية. المحطة الرئيسية مسؤولة عن التخزين المركزي والعرض وتحليل الاتجاهات والتشخيص الذكي وإطلاق الإنذارات وإدارة التقارير لجميع بيانات قواطع الدارات الكهربائية في المحطة بأكملها، وهي مركز اتخاذ القرار لتحقيق صيانة الحالة.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

1 - ما هو الفرق بين الرصد المباشر والاختبار التقليدي خارج الخط/الاختبار الوقائي؟
والاثنان متكاملان. توفر الاختبارات غير المتصلة بالإنترنت (مثل اختبار مقاومة الدائرة، واختبار تحمل الجهد) "لقطة ثابتة" لقواطع الدارة في نقطة زمنية محددة، مع دقة بيانات عالية، وهي معيار لحالة المعدات. من ناحية أخرى، توفر المراقبة عبر الإنترنت "فيديو مستمر" للمعدات في ظل ظروف التشغيل الحقيقية، وتلتقط التغيرات الديناميكية واتجاهات التدهور التدريجي التي لا يمكن اكتشافها في وضع عدم الاتصال بالإنترنت. والهدف من المراقبة عبر الإنترنت هو توجيه وتحسين إجراء الاختبارات دون اتصال بالإنترنت.

2 - هل يمكن تعديل هذا النظام على القواطع الكهربائية القديمة؟
بشكل كامل. تم تصميم أنظمة المراقبة الحديثة عبر الإنترنت مع الأخذ بعين الاعتبار الكامل لـتحويل التتبع. يتم تركيب معظم المستشعرات، خاصةً مستشعرات التيار والاهتزاز ودرجة الحرارة اللاسلكية، بطريقة غير جراحية أو بأقل قدر من التدخل الجراحي دون إجراء تغييرات كبيرة على جسم قاطع الدائرة، بحيث يمكن تعديلها بسهولة على قواطع الدائرة الكهربائية القديمة في الخدمة لتعزيز ذكائها.

3 - ما مدى دقة النظام في تحديد تسرب غاز SF6؟
النظام متاح عبر الإنترنت من خلالمرحل الكثافةبدلاً من مقياس الضغط للمراقبة. وذلك لأن ضغط الغاز يختلف باختلاف درجة الحرارة في حاوية مغلقة (قانون تشارلي)، في حين أن الكثافة هي كتلة الغاز لكل وحدة حجم، وهو انعكاس أكثر صدقًا لهوامش وسائط العزل وإطفاء القوس الكهربائي. يمكن للبرنامج الرئيسي حساب معدل التسرب السنوي من خلال تحليل الاتجاه طويل الأجل لبيانات الكثافة. وبمجرد تجاوز معدل التسرب للمعيار أو انخفاض قيمة الكثافة عن عتبة الإنذار المحددة، سيصدر النظام إنذارًا.

4- ما الفرق بين المراقبة والتشخيص؟
الشاشاتإن عملية الحصول على البيانات، أي "الرؤية" و"السمع"، هي التي تجيب على سؤال "ماذا يحدث للجهاز"؟ (على سبيل المثال، وقت الإغلاق أطول بـ 10 مللي ثانية). إنالتشخيصإنها عملية تحليل البيانات وصنع القرار، أو "التفكير"، التي تجيب على السؤالين "لماذا يحدث هذا؟ " و"ماذا سيحدث؟ (على سبيل المثال، وقت الإغلاق الطويل بسبب سوء تزييت آلية التشغيل، والذي قد يؤدي إلى فشل الإغلاق في غضون شهر إذا لم تتم معالجته). يجب أن يشتمل نظام المراقبة الكامل عبر الإنترنت على تشخيصات ذكية قوية لتمكين الصيانة التنبؤية الحقيقية.