المراقبة عبر الإنترنت للمحولات من النوع الجاف

تُستخدم المحولات من النوع الجاف على نطاق واسع في المباني الشاهقة والنقل بالسكك الحديدية في المناطق الحضرية ومراكز البيانات وغيرها من السيناريوهات ذات المتطلبات الصارمة لسلامة إمدادات الطاقة نظرًا لتشغيلها الخالي من الزيت، ومقاومتها الممتازة للحريق ومتطلبات الصيانة المنخفضة. وهيتقنية المراقبة عبر الإنترنتمن خلال جمع المعلمات الرئيسية في الوقت الحقيقي أثناء تشغيل المعدات، يمكن تحقيق التحديد المبكر للأعطال الخفية والتحذير منها لتجنب الأعطال غير المخطط لها، وهي الوسيلة التقنية الأساسية لضمان التشغيل المستمر والموثوق لنظام الطاقة. فيما يلي وصف شامل للمعلمات الأساسية والغرض من المراقبة، ومبادئ تكنولوجيا المراقبة الرئيسية، وتكوين النظام، وقيمة التطبيق، واتجاهات التطوير واعتبارات التطبيق.

أولاً - بارامترات الرصد الأساسية والغرض من الرصد

تتولد الأعطال في المحولات من النوع الجاف في الغالب معزيادة غير طبيعية في درجة الحرارة، وحدوث تفريغات جزئية، وتدهور خصائص العزل، وانحراف المعلمات الكهربائيةفيما يتعلق بهذا، يجب إجراء المراقبة عبر الإنترنت للمعايير الأساسية التالية من أجل الوصول إلى هدف "الكشف المبكر والتشخيص الدقيق والعلاج في الوقت المناسب":

معلمات المراقبة	أغراض المراقبة الأساسية	أنواع الأعطال المصاحبة
درجة حرارة اللف	يمنع ارتفاع درجة حرارة اللف الذي يؤدي إلى تسارع تقادم المادة العازلة ويتجنب أعطال الدائرة القصيرة من دورة إلى أخرى.	التحميل الزائد للمعدات، تعطل مروحة التبريد، تلف عزل اللف من دوران إلى آخر
درجة الحرارة الأساسية	تجنب السخونة الزائدة المحلية الناجمة عن التأريض متعدد النقاط للقلب الحديدي والزيادة غير الطبيعية لفقدان صفائح السيليكون الفولاذية	التأريض الضعيف للقلب، أو التصفيحات الأساسية المفكوكة أو التالفة
التفريغ الجزئي	تحديد العيوب الداخلية في نظام العزل (مثل الفجوات الهوائية والشقوق) لمنع حدوث أعطال في العزل	تقادم مواد العزل، وأوساخ سطح اللف، وعيوب عملية التصنيع
مقاومة العزل / فقدان العزل الكهربائي	تقييم الأداء العام لنظام العزل وتحديد درجة الرطوبة وتقادم العزل.	رطوبة العزل، والزحف السطحي، وتدهور خصائص المواد العازلة
تيار/جهد الحمل	مراقبة الحمل الفعلي للمعدات وتحليل تأثير اختلال التوازن الحالي على المعدات	اختلال توازن الحمل ثلاثي الأطوار، صدمة الدائرة القصيرة الخارجية، عملية التحميل الزائد
درجة الحرارة والرطوبة المحيطة	يقوم بتصحيح بيانات مراقبة درجة الحرارة (تؤثر درجة الحرارة المحيطة بشكل مباشر على كفاءة تبريد المعدات) للتحذير من رطوبة العزل الناتجة عن البيئات ذات الرطوبة العالية	تتسبب الرطوبة البيئية الزائدة في حدوث زحف العزل وتدهور العزل

ثانيا - مبادئ تكنولوجيا الرصد الرئيسية

يجب الجمع بين معلمات المراقبة المختلفة والخصائص الهيكلية للمحول من النوع الجاف (الخالي من الزيت أو المبرد بالهواء أو المبرد بالهواء القسري) لاختيار التقنية المناسبة لضمان دقة واستقرار بيانات المراقبة، والمبدأ التقني المحدد هو كما يلي

1 - مراقبة درجة الحرارة: الجمع بين المراقبة المباشرة وغير المباشرة، مما يزيل النقاط العمياء لقياس درجة الحرارة

يتم تغليف لفائف المحولات من النوع الجاف براتنج الإيبوكسي، وطريقة قياس درجة حرارة التلامس التقليدية محدودة بسبب هيكل التغليف، ويلزم الجمع بين "القياس غير المباشر لدرجة الحرارة + القياس المباشر لدرجة الحرارة":

يستقبل مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء طاقة الأشعة تحت الحمراء المشعة من سطح اللف أو الجزء المكشوف من القلب، ويحسب قيمة درجة الحرارة المقابلة وفقًا لقانون إشعاع الجسم الأسود. هذه التقنية سهلة التركيب دون تدمير هيكل المعدات؛ ومع ذلك، فهي عرضة للغبار البيئي والتداخل الضوئي وتتطلب تنظيفًا وصيانة منتظمة لعدسة المستشعر.

يتم تضمين أو لصق مسبار استشعار درجة الحرارة لمستشعر الألياف البصرية الفلورية في منطقة البقعة الساخنة داخل الملف، ويتم توصيل الطرف المستقبل للمستشعر بمزيل التضمين في درجة الحرارة. عند العمل، يرسل مزيل التضمين ضوء الإثارة النبضي بالأشعة فوق البنفسجية عبر الألياف الضوئية إلى مسبار استشعار درجة الحرارة، ويثير المادة الفلورية في المسبار لإنتاج التألق؛ وبعد توقف ضوء الإثارة، ينتقل التوهج اللاحق للتألق إلى مزيل التضمين عبر الألياف الضوئية، ثم يتم تحويله إلى إشارة كهربائية بواسطة عنصر التحويل الكهروضوئي، ثم يتم حساب عمر التألق من خلال وحدة MCU، ويتم إخراج قيمة درجة الحرارة وفقًا للعلاقة المقابلة بين عمر التألق ودرجة الحرارة. وتتميز هذه التقنية بمقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي (الألياف الضوئية غير مصنوعة من مادة موصلة)، ودقة قياس درجة الحرارة ± 0.5 ℃، وسرعة استجابة سريعة.

يجمع بشكل متزامن إشارات التشغيل الحالية والسرعة لمروحة نظام التبريد بالهواء القسري (AF)، ويحدد ما إذا كانت هناك أعطال مثل انسداد المروحة وتعطلها من خلال تغير قيمة التيار والسرعة غير الطبيعية، وذلك لضمان أن نظام التبريد يقوم بدور تبديد الحرارة بشكل طبيعي.

2 - مراقبة التصريف الجزئي: التركيز على قضايا مكافحة التداخل

المحول من النوع الجاف الذي يعمل في بيئة عالية الجهد، وسعة إشارة التفريغ المحلية ضعيفة (عادةً ما تكون من عشرات إلى آلاف البيكوسور)، وعرضة لتوافقيات الشبكة وعمليات التبديل والتداخل الكهرومغناطيسي الأخرى، والحاجة إلى مزيج من التقنيات "الحصول على الإشارة + معالجة مكافحة التداخل" لتحقيق مراقبة فعالة:

على مستوى الأجهزة، يتم استخدام مرشحات تمرير النطاق والكابلات المحمية لقمع إشارات التداخل؛ وعلى مستوى البرمجيات، يتم استخدام تحويل المويجات وإلغاء التشويش على العتبة وتفكيك القيمة المفردة وغيرها من الخوارزميات لمعالجة الإشارات المجمعة وإزالة مكونات التداخل واستخراج إشارات التفريغ المحلي الفعالة.

3 - رصد أداء العزل: تقييم اتجاهات تقادم العزل

المواد العازلة للمحولات من النوع الجاف (راتنجات الإيبوكسي والألياف الزجاجية) تخضع لدرجة حرارة طويلة الأمد، والمجال الكهربائي، والرطوبة ستحدث الشيخوخة، وتحتاج إلى مراقبة المعلمات التالية لتقييم حالة نظام العزل:

باستخدام جهاز اختبار مقاومة العزل على الخط، يتم قياس مقاومة العزل للملفات إلى الأرض وبين اللفات عن طريق تطبيق جهد تيار مستمر عالٍ محدد (على سبيل المثال 10 كيلو فولت) على اللفات عندما يكون المحول مفصولاً عن التيار أو يعمل بحمل منخفض (لتقليل تداخل المجال الكهربائي). عندما تنخفض قيمة مقاومة العزل إلى أقل من ثلث القيمة القياسية، فهذا يشير إلى احتمال وجود رطوبة أو مشاكل تقادم في نظام العزل.

من خلال جهاز اختبار فقدان العزل الكهربائي عالي الجهد لتطبيق الجهد العالي للتيار المتردد، قم بقياس مادة العزل في المجال الكهربائي تحت تأثير فقدان الطاقة، معبرًا عنها بقيمة tanδ قيمة tanδ أكبر، مما يشير إلى أن فقدان العزل أكثر خطورة، كلما زادت درجة التقادم؛ عادة ما تحتاج قيمة tanδ للمحول من النوع الجاف في درجة حرارة الغرفة إلى التحكم في 0.005 أو أقل.

4 - رصد البارامترات الكهربائية: التحكم في الوقت الحقيقي لأحمال تشغيل المعدات

يتم تجميع إشارات التيار والجهد ثلاثي الأطوار من خلال محول التيار (CT) ومحول الجهد (PT)، ويتم حساب الطاقة وعامل القدرة وعامل الحمل وغيرها من المعلمات من خلال الدمج مع وحدة تجميع الطاقة الذكية:

ثالثاً - مكونات نظام المراقبة عبر الإنترنت

يتكون نظام المراقبة الكامل عبر الإنترنت للمحولات من النوع الجاف منطبقة الاستشعار، وطبقة النقل، وطبقة التحليل، وطبقة التطبيقوتتكون من أربع طبقات، وتشكل آلية تشغيل ذات حلقة مغلقة من "جمع البيانات - النقل - التحليل - الإنذار المبكر":

1 - الطبقة الإدراكية: أساس جمع البيانات

وهي تتألف من أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار ووحدات الحصول على البيانات، والتي تحتاج إلى تلبية متطلبات العزل والأداء المضاد للتداخل في بيئة عالية الجهد:

2 - طبقة النقل: قنوات نقل البيانات

وهي مسؤولة عن نقل البيانات الأولية التي تم جمعها في طبقة الاستشعار إلى طبقة التحليل، ويجب ضمان استقرار وأمان نقل البيانات:

3 - الطبقة التحليلية: جوهر معالجة البيانات

وهو يتألف من بوابة حوسبة متطورة أو خادم سحابي يعالج البيانات الأولية ويحللها من خلال خوارزميات لتحديد حالة تشغيل الجهاز:

4 - طبقة التطبيقات: واجهة تفاعل المستخدم

عرض نتائج المراقبة وتوفير وظائف التشغيل للمستخدمين من خلال محطات المراقبة المحلية ومنصات الويب وتطبيقات الأجهزة المحمولة:

رابعاً - قيمة تطبيقات المراقبة عبر الإنترنت

بالمقارنة مع وضع "الفحص الدوري" التقليدي، يمكن لتقنية مراقبة المحولات من النوع الجاف عبر الإنترنت أن تحقق فوائد كبيرة من حيث السلامة والفوائد الاقتصادية:

التحديد المبكر لتقادم العزل والتفريغ الجزئي والأخطار الخفية الأخرى (على سبيل المثال، تشير الزيادة المفاجئة في كمية التفريغ الجزئي عادةً إلى أن العزل قد يحدث في غضون 1-3 أشهر)، وذلك لحجز وقت لأعمال الصيانة، وتجنب انقطاع الإنتاج بسبب الأعطال المفاجئة في المعدات (على سبيل المثال، يمكن أن يتسبب انقطاع التيار الكهربائي في مركز البيانات في خسائر اقتصادية بمئات الآلاف من الدولارات في الساعة الواحدة).

يعتمد الفحص التقليدي على الخبرة اليدوية، ويكون عرضة "للإصلاح" (مثل استبدال المكونات التي لم تصل إلى نهاية عمرها التشغيلي) أو مشاكل "التسرب"؛ أما المراقبة عبر الإنترنت فتعتمد على حالة التشغيل الفعلية للمعدات لصياغة خطة فحص (مثل تمديد دورة الفحص عندما يكون مؤشر مقاومة العزل طبيعيًا)، مما يقلل من عدد عمليات الفحص وتكلفة الاستثمار. يمكن أن تقلل المراقبة عبر الإنترنت من عدد عمليات التفتيش وتكلفة الاستثمار.

من خلال المراقبة في الوقت الحقيقي للحمل ودرجة الحرارة، فإنه يتجنب التحميل الزائد أو التشغيل المفرط للمعدات على المدى الطويل، ويبطئ من تقادم المواد العازلة (تُظهر بيانات البحث أنه مقابل كل 10 ℃ انخفاض في درجة حرارة اللفات، يمكن إطالة عمر العزل بمقدار مرة واحدة)، ويطيل عمر خدمة المحولات بمقدار 5 إلى 8 سنوات، ويحسن كفاءة استخدام الأصول.

على الرغم من عدم وجود خطر نشوب حريق تسرب الزيت في المحولات من النوع الجاف، إلا أن تقادم العزل قد يتسبب في نشوب حريق في الدائرة القصيرة؛ يمكن ربط نظام المراقبة عبر الإنترنت في المرحلة المبكرة من قاطع دائرة العطل لقطع التيار الكهربائي، لتجنب الحريق والانفجار وحوادث السلامة الأخرى.

خامساً - اتجاهات تطوير التكنولوجيا

مع تحول نظام الطاقة إلى "ذكي ورقمي"، تقدم تكنولوجيا مراقبة المحولات من النوع الجاف عبر الإنترنت اتجاه التطوير التالي:

لا يمكن لمعلمة واحدة أن تعكس حالة تشغيل المعدات بشكل كامل، سيحقق المستقبل تحليل الاندماج متعدد المعلمات "درجة الحرارة + التفريغ المحلي + العزل + الاهتزاز"، من خلال خوارزمية الذكاء الاصطناعي لبناء "مؤشر صحة" المعدات، لتحسين دقة تشخيص الأعطال.

تتسم أجهزة الاستشعار السلكية التقليدية بتعقيد التركيب العالي. في المستقبل، سيتم استخدام أجهزة الاستشعار اللاسلكية السلبية (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار القائمة على الحث الكهرومغناطيسي وجمع الطاقة الاهتزازية) في كثير من الأحيان لتقليل تكاليف التركيب، وستكون مناسبة لمشاريع التعديل التحديثي للمحولات القديمة.

إنشاء نموذج رقمي توأم للمحول من النوع الجاف، ودمج بيانات المراقبة عبر الإنترنت مع النموذج المادي، ومحاكاة حالة تشغيل المعدات في ظل أحمال وظروف بيئية مختلفة، وتحقيق إدارة دورة الحياة الكاملة "محاكاة الأعطال - الإنذار المبكر - تحسين مخطط الفحص والصيانة".

من خلال اعتماد وضع "بوابة الحوسبة الطرفية المعالجة المسبقة لبيانات بوابة الحوسبة الطرفية + تحليل البيانات الضخمة السحابية"، فإنه يقلل من كمية نقل البيانات (تحميل البيانات غير الطبيعية فقط على الحافة)، ويحسن القدرة على الاستجابة في الوقت الحقيقي (يمكن تحقيق التحكم في ربط المعدات المحلية على الحافة)، وفي الوقت نفسه، يستخدم قوة الحوسبة السحابية لتحقيق التشخيص التعاوني لمعدات متعددة (على سبيل المثال، التحليل المقارن لحالة المحولات المتعددة في المنطقة).

سادساً - اعتبارات التطبيق

تحتاج أجهزة الاستشعار الجانبية ذات الجهد العالي إلى تلبية متطلبات مستوى العزل المقابل (مثل مستوى عزل مستشعر محول المحولات 10 كيلو فولت ≥ 35 كيلو فولت)، لتجنب حوادث السلامة الناجمة عن العزل غير الكافي؛ تحتاج أجهزة الاستشعار الخارجية إلى مستوى حماية IP65 وما فوق، لضمان أداء مقاوم للماء والغبار.

يجب أن تكون كابلات أجهزة الاستشعار محمية، وتجنب التمدد المتوازي مع كابلات الجهد العالي (التباعد ≥ 0.5 متر)؛ يجب أن تكون معدات مراقبة التفريغ الجزئي بعيدة عن محولات التردد والمولدات التفاعلية الساكنة (SVG) وغيرها من المصادر التوافقية لتقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي.

يجب معايرة أجهزة الاستشعار كل سنة إلى سنتين (على سبيل المثال يتم معايرة أجهزة استشعار الألياف الضوئية الفلورية مقابل مقاييس الحرارة القياسية) لتجنب تشويه بيانات الرصد بسبب انحراف المستشعر؛ يجب تنظيف عدسة مستشعر الأشعة تحت الحمراء بانتظام، ويجب فحص قوة إشارة الاتصال اللاسلكي.

يجب استخدام خوارزميات التشفير مثل AES في عملية نقل البيانات، ويجب إعداد المنصة السحابية بامتيازات وصول متدرجة (على سبيل المثال، التفريق بين امتيازات المسؤول وامتيازات موظفي التشغيل والصيانة) لمنع تسرب البيانات أو العبث الضار.

باختصار، تعد تقنية مراقبة المحولات من النوع الجاف عبر الإنترنت الدعم الرئيسي لتحقيق "صيانة حالة" معدات الطاقة، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من موثوقية واقتصاد نظام الطاقة من خلال جمع المعلمات الرئيسية بدقة وتحليل حالة المعدات بذكاء. ومع استمرار تطور التكنولوجيا، سيكون تطبيقها في الشبكة الذكية وأنظمة الطاقة الجديدة أكثر شمولاً.