كيف تساهم اتجاهات مراقبة درجات الحرارة عبر الإنترنت في تحسين سلامة الشبكة وكفاءة الصيانة

النظام الكهربائي هو شبكة كبيرة مكونة من العديد من المكونات المتصلة، بما في ذلك التوليد والنقل والمحطات الفرعية والتوزيع ومعدات المستخدم النهائي. يمكن أن تؤدي أعطال المعدات الكهربائية ليس فقط إلى انقطاعات غير متوقعة وخسائر مالية للشركات الكهربائية، ولكن أيضًا إلى أضرار اقتصادية كبيرة للمستهلكين. لذا فإن موثوقية وحالة هذه الأجهزة تحدد بشكل مباشر استقرار وأمان النظام الكهربائي بأكمله، وكذلك الأداء الاقتصادي وجودة الطاقة ومعايير الخدمة للمزودين.

الرصد عبر الإنترنت للأجهزة الكهربائية - معتمدًا على طرق حسابية متقدمة لتحليل البيانات المجمعة - يمكّن من اكتشاف الأعطال المحتملة في وقت مبكر، ويتيح اتخاذ إجراءات وقائية، ويدعم التشخيص العلمي للأعطال والصيانة المعتمدة على الحالة. هذا يلعب دورًا حاسمًا في تعزيز موثوقية وأمان عمليات النظام الكهربائي.

مع التطور المستمر والنضج التقني للتقنيات الرصد عبر الإنترنت، بالإضافة إلى التطبيقات الناجحة في قطاع الطاقة الصيني في السنوات الأخيرة، أصبحت الصيانة المعتمدة على الحالة تحل تدريجيًا محل الصيانة القائمة على الوقت وتكون اتجاهاً لا مفر منه. منذ عام 2010، أصدرت شركة الدولة للشبكة الكهربائية الإرشادات التقنية لنظم الرصد عبر الإنترنت لمعدات المحطات الفرعية وبدأت في تنفيذ شامل للصيانة المعتمدة على الحالة، بهدف تعزيز ذكاء المعدات وتعزيز الأجهزة والتقنيات الذكية، وتحقيق التحذيرات الآمنة عبر الإنترنت والرصد الذكي للمعدات.

حالياً، يركز الرصد عبر الإنترنت بشكل أساسي على المعدات الرئيسية في المحطات الفرعية، بما في ذلك:

• المعدات السعة: الرصد عبر الإنترنت للسعة والخسارة العازلة (tanδ)

• مضادات الصواعق الأكسيدية المعدنية: الرصد عبر الإنترنت للتيار الكلي المتسرب والتيار المقاوم

• المحولات: الرصد عبر الإنترنت لتحليل الغازات المنحلة (DGA) في الزيت العازل، والصدى الجزئي ذو الترددات فوق العالية (UHF)، والصدى الجزئي في الأكمام و (tanδ)، والخصائص الديناميكية لتغييرات الخط تحت الحمل

• GIS: الرصد عبر الإنترنت للصدى الجزئي ذو الترددات فوق العالية ومحتوى الرطوبة (الماء الدقيق)

• أجهزة التحكم بالتبديل: الرصد الخاصيات الميكانيكية وكثافة غاز SF₆

1. ضرورة الرصد عبر الإنترنت للحرارة للأجهزة الكهربائية

الحرارة هي مؤشر رئيسي للعمل الطبيعي للمعدات الرئيسية. قد تتعرض نقاط الاتصال في المعدات الكهربائية للتآكل بسبب الضغط غير الكافي أو الضغط غير الكافي أو تدهور سطح الاتصال بسبب الدورات الحرارية أو تحرك الأساس أو عيوب التصنيع أو التلوث البيئي أو الحمل الزائد الشديد أو الأكسدة. هذه المشاكل تزيد من مقاومة الاتصال، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة عند مرور التيار. هذا يسرع الشيخوخة العازلة، ويقلل من عمر المعدات، وفي الحالات الشديدة، يمكن أن يسبب أعطال الشرارة، واحتراق المعدات، والأضرار الواسعة، وحتى حرائق وانفجارات - خاصة في نقاط الاتصال المتحركة والسكونية للمفاتيح العازلة، والتي لديها معدلات فشل عالية. كل هذه الأمور تشكل تهديدات مستمرة لأمان تشغيل المعدات.

حالياً، يعتمد معظم الرصد الحراري على الأساليب التقليدية مثل مؤشرات الحرارة الشمعية والتصوير الحراري الدوري. لهذه الأساليب عدة عيوب:

• مؤشرات الشمع عرضة للشيخوخة والانفصال، ولديها نطاقات حرارية ضيقة، ودقة منخفضة، وتتطلب القراءة اليدوية، ولا يمكنها دعم الإدارة الآلية؛

• أجهزة قياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء تتطلب القياس المباشر، وتتأثر بالظروف البيئية، وغالباً ما تفشل عند وجود عقبات؛

• الفحوصات اليدوية تستغرق الكثير من الجهد، وتتطلب الاقتراب (وتثير مخاطر السلامة)، ولديها قدرات غير مباشرة؛

• الرصد خارج الشبكة يفشل في التقاط اتجاهات الحرارة أو اكتشاف الشذوذ في الوقت المناسب.

لذا، فإن الأساليب التقليدية خارج الشبكة لم تعد تلبي احتياجات التشغيل الفعال والأمن والموثوق للنظام الكهربائي. هناك حاجة ماسة لتقنيات الرصد عبر الإنترنت التي تمكن من تتبع الحرارة في الوقت الحقيقي، واكتشاف الشروط غير الطبيعية في الوقت المناسب، ومنع تلف المعدات وأخطاء الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يوسع الرصد الحراري عبر الإنترنت نطاق الرصد المعتمد على الحالة، مما يوفر معلمات تشغيلية حيوية للصيانة المعتمدة على الحالة ويساهم بشكل كبير في التشغيل الآمن والاستقرار لكلاً من المعدات الفردية والنظام الكهربائي كله.

2. اتجاهات التطور في تقنية الرصد الحراري عبر الإنترنت للأجهزة الكهربائية

عادة ما تدمج تقنية الرصد الحراري عبر الإنترنت أنظمة الاستشعار المتقدمة، والشبكات الاتصالية، والحاسوب ومعالجة المعلومات، وأنظمة التحليل الخبراء، ومراكز البيانات. مع التقدم التقني المستمر، يتوجه هذا المجال نحو التلقائية والذكاء والفعالية.

2.1 تطبيق تقنية إنترنت الأشياء (IoT)

تعتبر إنترنت الأشياء الموجة التالية للتكنولوجيا المعلوماتية بعد الحواسيب والإنترنت، وقد تم الاعتراف بها كصناعة استراتيجية ناشئة على المستوى الوطني في الصين، وتم دمجها بشكل صريح في تطوير الشبكات الذكية. تربط إنترنت الأشياء الأشياء المادية بالإنترنت عبر أجهزة استشعار مثل RFID وGPS وأجهزة المسح الليزري، مما يمكّن من التعرف الذكي والمتابعة والرصد والإدارة من خلال تبادل المعلومات.

يتكون هيكل إنترنت الأشياء لرصد حرارة المعدات الكهربائية من ثلاثة طبقات: الطبقة الإدراكية، والطبقة الشبكية، والطبقة التطبيقية.

• الطبقة الإدراكية: تقوم بجمع بيانات الحرارة في الوقت الحقيقي باستخدام أجهزة استشعار (مثل الأنواع الملامسة أو الأشعة تحت الحمراء) مثبتة مباشرة على المعدات. يتم استخدام تقنيات اللاسلكي القريب مثل Zigbee، 2.4G، أو 433M لنقل الإشارات، مما يضمن العزل العالي الجهد.

• الطبقة الشبكية: تقوم بنقل البيانات بين الطبقتين الإدراكية والتطبيقية. يستخدم شبكات اتصالات الطاقة الآمنة والموثوقة والوقت الحقيقي - أساساً الألياف البصرية، مدعومة بشبكات حاملة خطوط الطاقة وأنظمة الموجات الدقيقة الرقمية.

• الطبقة التطبيقية: تقوم بمعالجة وتحليل وتصور بيانات الحرارة عبر أجهزة متعددة، وتقدم خدمات مثل التنبيهات عن الشذوذ، والتحليل الاتجاهي، والتشخيص عبر الإنترنت، ومشاركة البيانات عبر منصات ذكية.

تمكن إنترنت الأشياء من الوعي الشامل في الوقت الحقيقي، والاتصال الموثوق، والتحليل الذكي للبيانات، مما يشكل الأساس لأنظمة رصد الحرارة القوية والقابلة للتوسع.

2.2 تقنية الاستشعار السلبية - استبدال الطاقة البطارية

تقوم معظم أجهزة الاستشعار اللاسلكية للحرارة بالاعتماد على البطاريات، والتي تواجه تحديات في البيئات ذات الجهد العالي والتيار العالي والضوضاء الكهرومغناطيسية. البطاريات لها عمر محدود، تتطلب استبدالًا متكررًا، وتعرض مخاطر الانفجار في ظروف الحرارة العالية، مما يحد من موثوقية وسلامة النظام.

للتغلب على هذه التحديات، تظهر تقنيات الاستشعار السلبية - بما في ذلك جمع الطاقة من المجالات الكهربائية/المغناطيسية، والطاقة الراديوية، والتدرجات الحرارية، وموجات الأسطح الصوتية - كاتجاه مستقبلي. تتمتع أجهزة الاستشعار السلبية بمزايا واضحة:

• تشغيل بدون صيانة على مدى دورة حياة المعدات، مما يحسن موثوقية النظام

• لا يوجد بطارية يعني عدم وجود خطر الانفجار ورصد الحرارة العالية المستمر لاكتشاف الأعطال المبكرة؛

• تخفيض استخدام البطاريات يقلل من التأثير البيئي، مما يضيف قيمة اجتماعية.

2.3 الرصد الحراري المتكامل للنقاط والخطوط والسطح

هذا النهج يجمع استراتيجيات الرصد المختلفة بناءً على نوع المعدات وأهميتها لتغطية مثلى.

• الرصد النقطي: يستهدف النقاط الساخنة المحلية مثل نقاط الاتصال في أجهزة التحكم بالتبديل، والحافلات، ووصلات الكابلات حيث يكون الفحص الخارجي صعبًا. يتم تركيب أجهزة الاستشعار مباشرة في هذه النقاط للرصد في الوقت الحقيقي.

• الرصد الخطي: يركز على الكابلات الكهربائية ذات الجهد العالي في الأنفاق والخنادق أو الأرفف. يمكن أن تسبب الحرارة الزائدة حرائق وإطفاء واسع النطاق. يتم استخدام الاستشعار البصري الموزع (DTS) على نطاق واسع، مما يقدم عزلًا ومقاومة للتآكل وتحمل الحرارة العالية ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي. يمكّن DTS من التشكيل الدقيق المستمر لدرجة الحرارة على طول طول الكابل، مع تحديد دقيق للأعطال للرد السريع.

تطبيقات الهاتف المحمول - الرصد في الوقت الحقيقي في أي مكان وفي أي وقت

مع زيادة عرض النطاق الترددي للشبكات المحمولة والأجهزة الذكية القوية - وخاصة في عصر 4G - أصبحت تطبيقات الهاتف المحمول أدوات أساسية في عمليات الشركات. تتناسب ميزاتها المحمولة والراحة والتوقيت الشخصي على نطاق واسع في إدارة المرافق.

دمج بيانات رصد المعدات في تطبيقات الهاتف المحمول عبر الإنترنت وشبكات الهاتف المحمول يجلب فوائد رئيسية:

• كسر حدود الأنظمة الداخلية التقليدية، مما يمكّن الوصول الفوري إلى حالة المعدات في أي وقت وفي أي مكان؛

• تحسين كفاءة الفحص مع ميزات مثل تسجيل البيانات الرقمية، والتقاط الصور، ووضع علامات GPS، ومسح رموز QR، مما يحول فحص الدوريات إلى عملية محمولة ورقمية وذكية.

• خلال حالات الطوارئ، يمكن للأشخاص العثور بسرعة على الأعطال، ومشاهدة البيانات الحية والتاريخية، والاستجابة بشكل أسرع، مما يقلل من مدة ونطاق الانقطاع.

تطبيقات الهاتف المحمول تزيل الحواجز المكانية والزمانية، وتحسن كفاءة التشغيل، وتعزز سلامة المعدات، وتدعم النمو المستدام للمرافق.

3. الخاتمة

تكنولوجيا الرصد عبر الإنترنت للحالة - خاصة الرصد الحراري - هي مكون أساسي للشبكات الذكية المستقبلية، مما يساعد المرافق على تحسين سلامة المعدات والأداء الاقتصادي. مع تقدم التكنولوجيا، سيتطور الرصد الحراري نحو حلول شاملة وذكية وفعالة. ستحدد دمجها مع إنترنت الأشياء وتطبيقات الهاتف المحمول وغيرها من التقنيات الناشئة مسار هذا المجال في المستقبل.