بحث وممارسة نظام المراقبة الذكية لقاطع الدائرة للمولد

مفتاح التوليد هو مكون حيوي في أنظمة الطاقة، وموثوقيته تؤثر مباشرة على التشغيل المستقر لنظام الطاقة بأكمله. من خلال البحث والتطبيق العملي لأنظمة المراقبة الذكية، يمكن مراقبة حالة التشغيل الفعلية للمفاتيح، مما يسمح بتحديد الأعطال والمخاطر المحتملة مبكرًا، وبالتالي تعزيز موثوقية نظام الطاقة ككل.

تستند صيانة المفاتيح التقليدية بشكل أساسي إلى فحوصات دورية وتقييمات تستند إلى الخبرة، وهي ليست فقط تستغرق وقتًا طويلاً وتحتاج إلى جهد كبير، ولكن قد تفوت أيضًا مشاكل خفية بسبب عدم كفاية تغطية الفحص. توفر أنظمة المراقبة الذكية مراقبة فورية وتحليل البيانات وإمكانية تحذير مبكر من الأعطال، مما يقلل من الصيانة والإصلاحات غير الضرورية، وبالتالي يخفض تكاليف التشغيل والصيانة (O&M).

كما تتيح تقييمًا أكثر دقة لحالة المعدات، مما يسمح بجدولة الصيانة بشكل معقول لتجنب الاستخدام الزائد والصيانة الزائدة، مما يمدد بشكل فعال عمر الخدمة للمعدات. ساهمت التطوير والتطبيق لأنظمة المراقبة الذكية في تقدم تقنيات المراقبة للمعدات الكهربائية، بما في ذلك التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء وتحليل البيانات الضخمة. هذه التطورات التكنولوجية لا تحسن فقط كفاءة مراقبة مفاتيح التوليد، بل تضع أيضًا أساسًا تكنولوجيًا لإدارة ذكية لأجهزة نظام الطاقة الأخرى.

1. الأساليب والممارسات
1.1 بنية نظام المراقبة الذكي
يتكون نظام المراقبة الذكي بشكل أساسي من أجهزة استشعار، وجهاز مراقبة ذكي عبر الإنترنت (IED)، ونظام مراقبة خلفي. يتم تركيب أجهزة استشعار الإزاحة الميكانيكية وأجهزة استشعار الخصائص الميكانيكية ذات التيار المنخفض وأجهزة استشعار الفيديو الحراري وأجهزة استشعار غاز SF6 مباشرة على المعدات الرئيسية. تقوم هذه الأجهزة باستشعار جمع معلمات التشغيل الفعلية لمفتاح التوليد ونقل الإشارات عبر الكابلات إلى جهاز المراقبة الذكي عبر الإنترنت. يوجد في الخزانة المراقبة المحلية IED ومبدل الشبكة، اللذان يقومان باستقبال إشارات الأجهزة الاستشعار ومعالجتها ثم نقل البيانات عبر كابل الألياف البصرية إلى النظام الخلفي للمراقبة لتخزينها وتقييمها.

1.2 نظام مراقبة الخصائص الميكانيكية لمفتاح الدائرة
يتكون نظام مراقبة الخصائص الميكانيكية من أجهزة استشعار الإزاحة وأجهزة استشعار التيار المنخفض وجهاز المراقبة الذكي عبر الإنترنت والنظام الخلفي. من خلال مراقبة الإزاحة التشغيلية لمفتاح الدائرة والقيم الحالية في الدائرة التحكم في الفتح/الغلق والتيار في دائرة محرك تخزين الطاقة، يتم الحصول على المعلمات الميكانيكية الأساسية لمفتاح الدائرة. يتم رسم منحنيات الخصائص الميكانيكية ومقارنتها مع المنحنيات القياسية والتاريخية لتقييم حالة التشغيل لمفتاح الدائرة.

يمكن لنظام المراقبة تحقيق الوظائف التالية:

• رسم موجات التيار للفتح/الغلق، والمحرك المتصل بتخزين الطاقة، ومنحنيات الإزاحة الميكانيكية؛

• حصول على بيانات مثل وقت الفتح/الغلق، والسرعة، ومدى الإزاحة، والتيار القممي للحلقات، والمعلمات الخاصة بالحلقات، والتيار القممي للمحرك المتصل بتخزين الطاقة، ومدة تخزين الطاقة؛

• مقارنة المنحنيات المسجلة مع المنحنيات القياسية للتحليل؛

• استعلام البيانات التاريخية وإعداد التقارير؛

• مراقبة أعطال النظام وانقطاعات الاتصال، مع تشغيل الإنذار تلقائيًا.

يشمل هذا المشروع تركيب ثلاثة أجهزة استشعار للإزاحة - واحد في قاع كل محور من محاور الدفع لفتح/غلقمفتاح الدائرة الخارجي للتوليد. تقوم أجهزة الاستشعار بتحويل الإزاحة الزاوية (الناجمة عن رابطة العصا التي تدفع الذراع) إلى إشارات TTL رقمية ونقلها إلى جهاز المراقبة الذكي عبر الإنترنت. مع وجود أجهزة استشعار مستقلة لكل مرحلة، يمكن للنظام تحديد المرحلة المعيبة بدقة وكشف مشاكل مثل مكسرات التثبيت الفضفاضة على رابطة العصا أو الذراعين الفضفاضين أو المفكوكين التي تسبب عمليات فتح أو غلق غير كاملة.

تم تركيب أجهزة استشعار التيار المنخفض في خزانة التحكم المحلية لمفتاح الدائرة وتشمل أربعة قنوات قياس. بناءً على مبدأ تأثير هول، تقوم بتحويل الإشارات الحالية المقاسة إلى إشارات تيار منخفضة التناظرية ونقلها إلى جهاز المراقبة الذكي عبر الإنترنت.

1.3 نظام مراقبة حالة غاز SF6
يتكون نظام مراقبة حالة غاز SF6 من جهاز استشعار غاز SF6 وجهاز المراقبة الذكي عبر الإنترنت والنظام الخلفي للمراقبة. في هذا المشروع، يتم مشاركة الجهاز الذكي للمراقبة مع نظام مراقبة الخصائص الميكانيكية. يقدم هذا النظام للمشغلين بيانات فورية حول كثافة غاز SF6 والضغط والحرارة داخل حجرة الغاز، مما يسمح بمتابعة طويلة الأمد وتقييم التوجهات التاريخية.

يتميز جهاز استشعار غاز SF6 بتصميم متكامل يقيس الكثافة والضغط والحرارة في الوقت نفسه. يتم تركيبه في منفذ تعبئة غاز MCB ويتم ربطه بجهاز المراقبة الذكي عبر واجهة اتصال RS485.

يوفر نظام المراقبة القدرات التالية:

• مراقبة مستمرة لحالة غاز SF6 في حجرة مفتاح الدائرة للتوليد باستخدام بروتوكول الاتصال IEC61850؛

• إنشاء منحنيات التوجه على أساس خوارزميات البيانات المحاكاة للتحليل التنبؤي؛

• تشغيل الإنذارات وتقديم إجراءات موصى بها.

تعتمد طرق الصيانة التقليدية بشكل كبير على عمليات الفحص المجدولة والإحكام المستند إلى الخبرة - وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً وتحتاج إلى جهد بشري كبير، وقد تكون عرضة للفوات في رصد مؤشرات العطل المبكرة. بعكس ذلك، يقدم نظام مراقبة غاز الـ SF6 بيانات مستمرة وحية، مما يمكّن من الصيانة التنبؤية والتدخل في الوقت المناسب لمنع الأعطال الكبيرة. مع تقدم تقنيات الإنترنت من الأشياء والبيانات الضخمة، يمكن دمج مثل هذه أنظمة مراقبة الحالة في شبكات أوسع لمراقبة صحة المعدات، مما يعزز دقة البيانات وعمق التحليل ويحفز الابتكار في الحلول الجديدة.

1.4 نظام مراقبة الفيديو بالتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء
يتكون نظام مراقبة الفيديو بالتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء من مستشعر فيديو للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، ومبدِّل شبكة، ونظام خلفي. يقوم هذا النظام برصد درجة حرارة الموصلات الداخلية في قاطع الدائرة للمنشأ باستخدام الجمع بين التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والفديو المرئي. تساعد هذه الطريقة المزدوجة على زيادة دقة القياس وتمكن من مراقبة فجوات نقاط القطع في قاطع الدائرة الخارجي للمنشأ.

في هذا المشروع، تم تركيب مستشعر الفيديو للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء خارجياً على هيكل قاطع الدائرة، بحيث يغطي مجال الرؤية فجوات نقاط القطع وأجزاء من الموصل. يتم نقل إشارات الصور عبر كابل الذيل للمستشعر إلى الجهاز الذكي للرصد عبر الإنترنت.

يوفر النظام الوظائف التالية:

• عرض درجات حرارة الموصلات في الوقت الحالي باستخدام تدرجات اللون وتسليط الضوء على المناطق ذات أعلى/أدنى درجة حرارة مع الأرقام;

• رسم وتخزين منحنيات الزمن-الحرارة;

• إجراء تحليلات الاتجاه بناءً على البيانات التاريخية لتقييم حالة التشغيل وإصدار تحذيرات حول الشذوذ.

يعتبر التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أداة مراقبة غير ملامسة تسمح للمهندسين بتتبع حالات الحرارة للمعدات عن بعد دون تعطيل العمليات، مما يقلل من مخاطر التشغيل. يمكنه تحديد سخونة مفرطة، وتدهور العزل، أو عدم توازن الحمل - وهي علامات مبكرة شائعة للأعطال - مما يمكّن من اتخاذ إجراءات وقائية لتجنب انقطاعات كبيرة وعمليات الإصلاح باهظة الثمن. يتيح الجمع بين التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والفديو المرئي تقييم شامل للمعدات، وتحليل مفصل، وقرارات صيانة دقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يقوم النظام بتسجيل البيانات التاريخية للتحليل طويل الأمد وتقييم الأداء، مما يدعم الصيانة التنبؤية والتوقعات المستقبلية لاحتياجات الصيانة.

2. الخلاصة

لقد أنشأ النظام الذكي للمراقبة ليس فقط نموذج تحذير مبكر للعطل بدقة ولكنه أيضاً أعاد تصميم استراتيجيات صيانة المعدات. هذه الإنجازات تساهم بشكل فعال في تقليل معدلات الفشل وتكاليف الصيانة لقواطع الدائرة للمنشأ وتزيد بشكل كبير من فترة الخدمة. يتواجد الابتكار في هذا المشروع في تحقيق تحليل متعدد الأبعاد للبيانات ورصد آلي عالي المستوى لقواطع الدائرة للمنشأ. يدخل تحليل البيانات الضخمة في مراقبة قواطع الدائرة للمنشأ ويستخدم تخزين البيانات وتحليلها عبر السحابة لتعزيز سهولة الوصول إلى البيانات وكفاءة التحليل. هذه الابتكارات لا تحسن فقط الكفاءة العامة والأمان لنظم الطاقة ولكنها توفر أفكاراً وإرشادات جديدة للتقدم والتطور التكنولوجي في صناعة الطاقة.