مراقبة الذكي لمصانع التسليح: الاتجاهات، التحديات والآفاق المستقبلية

1. الحالة الحالية ونقاط الضعف في أجهزة المراقبة عبر الإنترنت

حالياً، تعتبر أجهزة المراقبة عبر الإنترنت الأداة الأكثر استخداماً لمراقبة مكابح الصواعق. على الرغم من قدرتها على اكتشاف العيوب المحتملة، إلا أنها تواجه قيوداً كبيرة: يتطلب تسجيل البيانات يدوياً في الموقع، مما يمنع المراقبة الفورية؛ وتضيف تحليل البيانات بعد الجمع إليها تعقيداً تشغيلياً. تتجاوز المراقبة الذكية المستندة إلى إنترنت الأشياء هذه المشاكل - يتم تحميل البيانات المجمعة عبر إنترنت الأشياء إلى منصات المعالجة، ويتم دمجها مع تحليل البيانات الكبيرة لتحديد المخاطر الخفية وإصدار تنبيهات مبكرة، مما يقلل بشكل فعال من صعوبة التشغيل والصيانة في مجال الطاقة.

1.1 عيوب أجهزة المراقبة عبر الإنترنت الحالية

كطريقة رصد أساسية لمكابح الصواعق، تكشف أجهزة المراقبة عبر الإنترنت عن العديد من المشكلات في التطبيق:

• تكيف ضعيف مع البيئة: يتم تركيب معظم مكابح الصواعق في الهواء الطلق، وتعريضها للظروف الجوية لفترات طويلة يجعل أجهزة المراقبة عرضة للتآكل والتلف، مما يؤدي إلى تلف الجهاز وعدم القدرة على مراقبة البيانات.

• فشل المكونات الميكانيكية: تستخدم الأمتار الكهربائية بشكل أساسي المؤشرات الميكانيكية - يمكن أن تسبب التشوّه الحراري أو الانغلاق الميكانيكي توقف المؤشر، مما يؤدي إلى عرض خاطئ للتيار المسرب. كما يمكن أن تتأثر أجهزة العد ذات الهياكل الميكانيكية بالانغلاق، مما يؤثر على دقة العد.

• اعتماد التشغيل والصيانة على العمليات اليدوية: يتطلب تسجيل مرات الانبعاث والتيار المسرب من قبل فريق التشغيل والصيانة وجودهم في الموقع؛ وفي حالات خاصة (مثل المناطق غير القابلة للوصول) تحتاج إلى استخدام المناظير أو الطائرات بدون طيار، مما يقلل من الكفاءة.

• صعوبة تحديد البيانات: بسبب جودة أجهزة المراقبة، يجد فريق التشغيل والصيانة صعوبة في الحكم بشكل فعال على حالة المعدات من خلال البيانات المعروضة.

2. اتجاهات تطور المراقبة الذكية لمكابح الصواعق

لحل مشاكل أجهزة المراقبة عبر الإنترنت، ستعمل المراقبة الذكية على التطور في ثلاثة اتجاهات مستفيدة من إنترنت الأشياء والتصنيع الذكي:

2.1 طريقة النقل: من السلكية إلى اللاسلكية

تعتمد المراقبة الذكية الحالية بشكل أساسي على الاتصالات السلكية RS485، وهي مناسبة فقط لسيناريوهات محددة مثل محطات التحويل. بالنسبة للخطوط والأماكن البعيدة، يعتبر مسافة النقل قيداً. توفر التقنيات اللاسلكية مثل LoRa و NB-IoT (إنترنت الأشياء ذو النطاق الضيق) و GPRS تغطية واسعة واستهلاك طاقة منخفض. خاصة LoRa و NB-IoT كتقنيات إنترنت الأشياء الناشئة، ستكون لها تطبيقات أوسع في المستقبل.

2.2 طريقة التغذية: من النشطة إلى السلبية

حالياً، تعتمد المراقبة الذكية على الطاقة المباشرة الخارجية. في المستقبل، ستتطور نحو تغذية سلبية للعمل الأخضر والاستهلاك المنخفض. يمكن الحصول على الطاقة من خلال تيار تسرب مكابح الصواعق، أو الألواح الشمسية، أو البطاريات المدمجة - استخدام تيار تسرب لتخزين الطاقة هو الأكثر ملاءمة، حيث يتجنب مشاكل مثل نقص الإشعاع الشمسي وتغيير البطارية المتكرر.

2.3 طريقة التركيب: من الخارجية إلى الداخلية

تعتمد المراقبة الذكية الحالية بشكل أساسي على التركيب الخارجي - رغم عدم تقيدها بالحجم وسهولة استبدالها، إلا أنها عرضة للتأثيرات البيئية. يتطلب التركيب الداخلي دمجاً داخل تجويف مكابح الصواعق، مما يتطلب أحجاماً أصغر ومواجهة تحديات تقنية. ومع ذلك، فإنه يزيل التأثيرات البيئية الخارجية، مما يضمن الاستقرار طويل الأمد بشكل أفضل.

3. اتجاهات الرصد الموسعة لمكابح الصواعق

ستركز الوحدات الذكية للمراقبة على أربعة أبعاد بناءً على أنماط وأليات الأعطال:

3.1 مراقبة الضغط

لمكابح الصواعق ذات الغلاف الخزفي بجهد 35 كيلوفولت وما فوق، يتم استخدام تقنية الكشف عن التسرب بواسطة مطيافية الهيليوم وتعبئة النيتروجين عالي النقاء (تقنية الضغط الموجب الدقيق) أثناء التصنيع لمنع دخول الرطوبة وتحسين العزل. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي العملية الطويلة الأمد إلى تقادم الختم وتسرب النيتروجين ودخول الرطوبة، مما قد يؤدي إلى الانفجارات. تقوم الوحدات الذكية للمراقبة بمراقبة الضغط الداخلي في الوقت الحقيقي؛ وتحميل البيانات وتحليلها على المنصة يمكن من إصدار التنبيهات المبكرة لتحل محلها وإصلاحها في الوقت المناسب.

3.2 مراقبة درجة الحرارة والرطوبة

لمكابح الصواعق ذات الأنابيب العازلة/الغلاف الخزفي والهواء الداخلي، يتطلب التجميع السيطرة الصارمة على درجة الحرارة والرطوبة. تقوم الوحدات الذكية بالمراقبة الداخلية، وتحميل البيانات بانتظام، وإصدار الإنذارات عند تجاوز الحدود، مما يسمح بالتشغيل والصيانة المبكرة.

3.3 مراقبة التيار المسرب والمقاومة

يعتبر هذان التياران مؤشرين أساسيين لأداء مكابح الصواعق. يمكن أن تسبب العملية الطويلة الأمد والبيئة الخارجية وتلوث العازل تقادم المقاومة وتلف الختم، مما يؤدي إلى زيادة التيار. يساعد تتبع اتجاهات التيار على اكتشاف المخاطر الخفية ومنع الحوادث.

3.4 مراقبة تيار الانبعاث النبضي

يساعد جمع مرات الانبعاث ومقدار التيار وأوقات العمل في التخطيط للتشغيل والصيانة وتحليل الأعطال.

4. اتجاهات الاختراق التقني للمراقبة الذكية

تظهر المراقبة الذكية الخارجية (غير مقيدة بالمساحة، عالية comptibility)، ولكن المراقبة الداخلية ما زالت في بدايتها، وتواجه ثلاثة تحديات تقنية:

4.1 تحسين استخلاص الطاقة

تعتمد المراقبة الداخلية على تيار تسرب مكابح الصواعق لتزويد الطاقة، لكن التيار الصغير يعيق النقل الفوري. يمكن الجمع بين استخلاص تيار التسرب والبطاريات المدمجة لتقصير دورات نقل البيانات، وتحقيق التوازن بين تزويد الطاقة ونقل البيانات.

4.2 تحسين نقل الإشارات

يتعرض النقل الداخلي لتقليل الإشارات/الحماية من مكابح الصواعق والمكونات؛ كما تحدث التداخلات من المجالات الكهربائية ذات الجهد العالي. يجب تحسين الإشارات لتحقيق اختراق أفضل ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي.

4.3 التحقق من العمر التشغيلي والموثوقية

من الصعب استبدال المراقبة الداخلية؛ تتطلب مكابح الصواعق عمر تصميم يبلغ 30 عاماً (أكثر من 20 عاماً في الواقع). يجب أن يتطابق عمر الوحدات المراقبة مع ذلك، ولا ينبغي أن يؤثر حرارة عمل مكابح الصواعق على موثوقية الوحدة.

5. التطبيقات الحالية للمراقبة الذكية

تظل المراقبة الذكية في مرحلة التجربة، وتُطبق بشكل أساسي في مشاريع العرض لقطاع الطاقة والسكك الحديدية (مثل محطة الجذب الذكية في شينغان، ومحطة التحويل الذكية في يانآن بجهد 750 كيلوفولت، ومحطات التحويل ذات الجهد العالي المباشر). تثبت التجارب جدوى التقنية، وتتوافق مكابح الصواعق المراقبة ذكائياً مع توقعات الأداء.

6. الخاتمة

تمكن المراقبة الذكية من تتبع الحالة عبر الإنترنت في الوقت الحقيقي، مما يحسن دقة تحديد المخاطر ويقلل من صعوبة التشغيل والصيانة. وعلى الرغم من التحديات التقنية المتبقية، فإنها ستستبدل تدريجياً أجهزة المراقبة عبر الإنترنت التقليدية، متناسقة مع اتجاهات الذكاء والبيئة الصديقة. سيقوي تبنيها الواسع في أنظمة الطاقة والسكك الحديدية من أمان الشبكة ويدعم تطور الطاقة المستدامة.