تطبيق تقنيات الشبكة الذكية في إدارة خسارة الخطوط لمناطق المحولات ذات الجهد المنخفض
كجزء أساسي من شبكة التوزيع، تؤثر المناطق التحويلية ذات الجهد المنخفض (والتي سيتم الإشارة إليها فيما بعد باسم "المناطق التحويلية ذات الجهد المنخفض") بشكل مباشر على الفوائد الاقتصادية للشركات الموردة للطاقة ونوعية استهلاك الكهرباء للمستخدمين النهائيين من خلال مشاكل فقدان الخط. ومع ذلك، فإن النهج التقليدية لإدارة هذه المشاكل تعاني من عيوب واضحة في الدقة والكفاءة. في هذا السياق، توفر تقنيات الشبكة الذكية حلولاً جديدة لإدارة فقدان الخط. من خلال تقديم وسائل تقنية متقدمة، يمكن ليس فقط تحسين مستوى دقة إدارة فقدان الخط بشكل فعال، ولكن أيضاً دعم أهداف الحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات، وهو أمر مهم للغاية لتعزيز التنمية عالية الجودة في صناعة الكهرباء.
1.مشكلات فقدان الخط في المناطق التحويلية ذات الجهد المنخفض
تتم تصنيف مشكلات فقدان الخط في المناطق التحويلية ذات الجهد المنخفض أساساً إلى خسائر تقنية وإدارية. الخسائر التقنية تنبع من خسائر المعدات الداخلية وقيود التشغيل - على سبيل المثال، خسارة الحديد والنحاس في المحولات وخسارة الطاقة بسبب مقاومة الخط. إذا أخذنا خط توزيع كهربائي ذو جهد منخفض نموذجي كمثال، عندما يكون مساحة المقطع العرضي للأسلاك 50 مم² والتيار الحمل يصل إلى 200 أمبير، فإن خسارة الطاقة لكل كيلومتر من الخط تكون حوالي 4 كيلوواط.
عند زيادة مساحة المقطع العرضي للأسلاك إلى 70 مم² تحت نفس الظروف، يمكن تخفيض الخسارة بنسبة حوالي 30٪. من ناحية أخرى، تأتي الخسائر الإدارية غالباً بسبب الأخطاء في القياس أو سرقة الكهرباء أو التشغيل والصيانة غير المناسبة. على سبيل المثال، دقة قياس العدادات الكهربائية الميكانيكية التقليدية تحت ظروف الحمل الخفيف هي حوالي 85٪ فقط، وهي أقل بكثير من دقة العدادات الذكية التي تتجاوز 99٪. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يزيد عدم التوازن الثلاثي بشكل كبير من خسارة الخط؛ إذا كان عدم توازن التيار الثلاثي في منطقة التحويل يتجاوز 15٪، فإن معدل خسارة الخط سيزداد بنسبة 2٪ إلى 5٪. تشير هذه القضايا إلى أن الفحص اليدوي وحده لم يعد يلبي متطلبات الإدارة الدقيقة، وأن الأساليب الذكية مطلوبة بشدة لتحسين كفاءة الإدارة.
2.تقنيات الشبكة الذكية المستخدمة في إدارة فقدان الخط في المناطق التحويلية ذات الجهد المنخفض
2.1 تقنية HPLC (التواصل عبر خطوط الطاقة عالية السرعة)
المبدأ الأساسي لتقنية HPLC هو استخدام خطوط التوزيع ذات الجهد المنخفض الموجودة كوسائط اتصال، حيث يتم ربط إشارات مُعدلة بترددات عالية على خطوط الكهرباء عبر دارات التوصيل لتحقيق نقل البيانات بسرعة عالية. تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي في سيناريوهات مثل مراقبة حالة تشغيل الخطوط في الوقت الحقيقي في المناطق التحويلية، وكذا جمع بيانات الطاقة الكهربائية والتواصل مع معلومات استهلاك الكهرباء للمستخدم.
خلال التنفيذ، الخطوة الأولى هي إجراء مسح ميداني للبيئة الخطية لمنطقة التحويل لتقييم خصائص القناة ومستويات التداخل، وبالتالي تحديد التردد الناقل الأمثل (عادة ما يكون ضمن نطاق 1.7-30 ميجاهيرتز) وطريقة التوصيل. بعد ذلك، يتم تركيب مزامنات خاصة وأجهزة اتصال HPLC على الجانب ذو الجهد المنخفض من محول التوزيع، وصناديق الفروع، ومعدات قياس استهلاك الكهرباء لدى المستخدم لتأسيس شبكة اتصال عبر منطقة التحويل. في الوقت نفسه، يتم نشر نظام رئيس لإدماج سلس مع أنظمة التطبيقات العليا عبر تحويل البروتوكولات.
خلال مرحلة التشغيل والصيانة، يجب إجراء فحوصات وضبط دوري للأجهزة، ومراقبة جودة إشارة الاتصال، وحل أي شذوذ بشكل فوري. على سبيل المثال، إذا تجاوزت تدهور إشارة الناقل 30 ديسيبل أو ارتفعت نسبة الخطأ فوق 1×10⁻⁴، يجب التحقيق في أعطال الخط أو مصادر التداخل الكهرومغناطيسي. عند الحاجة، يجب ضبط قوة الإرسال (عادة ما تتراوح بين –10 ديسيبلم إلى 30 ديسيبلم) أو استبدال المزامنات لضمان التشغيل المستقر للنظام.
لتحسين استقرار الاتصال، تستخدم أنظمة HPLC عادةً مخططات تعديل تكيفية، حيث يتم اختيار طرق التعديل بشكل ديناميكي بناءً على جودة القناة. تختلف الطرق المختلفة للتعديل في معدل البيانات ومقاومة الضوضاء ومدى التغطية، مما يتطلب تكويناً مثلى وفقاً للتقلبات في الحمل وظروف الضوضاء في منطقة التحويل. على سبيل المثال، يمكن تمكين التعديل المرتبة الأعلى خلال الليل عندما يكون الحمل أخف ومستوى الضوضاء أقل لتحسين معدل البيانات، بينما يمكن التحويل إلى وضع قوي أثناء ساعات الذروة النهارية لضمان موثوقية الاتصال. الجدول 1 يعرض ثلاث طرق تعديل شائعة الاستخدام في أنظمة HPLC مع خصائصها التقنية، مما يوفر مرجعًا لتكوين المعلمات الميدانية.
جدول 1 مقارنة خصائص تقنية لطرق التعديل الشائعة في HPLC
| طريقة التضمين | معدل البيانات الأقصى (Mbps) | متطلبات نسبة الإشارة إلى الضوضاء (dB) | المسافة النموذجية للتواصل (م) |
| BPSK | 0.15 | ≥6 | ≤1200 |
| QPSK | 0.3 | ≥12 | ≤800 |
| 16-QAM | 0.6 | ≥20 | ≤500 |
2.2 جهاز التحويل الذكي للمرحل
يعتمد مبدأ عمل جهاز التحويل الذكي للمرحل على قياس التيار والجهد الثلاثي الأطوار، وحساب عدم توازن الحمل في الوقت الحقيقي، وفي حالة تجاوز عدم التوازن قيمة عتبة محددة مسبقاً (عادة ما تكون بين 10٪-20٪)، يتم التحكم في تحويل الأحمال لإعادة توازن الأحمال الثلاثية الأطوار. يتم استخدام هذا الجهاز بشكل أساسي في نهاية مناطق المحولات، خاصة في المناطق ذات الأحمال الأحادية الطور الثقيلة.
خلال التنفيذ:
أولاً، يجب اختيار موقع التركيب المناسب - مثل صناديق الفروع أو الجانب المنخفض الجهد للمحول لتوزيع الكهرباء - لضمان سهولة البناء والصيانة.
ثانياً، يجب إجراء مسح ميداني لفهم توزيع الأحمال وتكوين سعة التحويل بشكل معقول (انظر الجدول 2). خلال مرحلة التركيب والتشغيل، يجب إجراء اختبارات محاكاة للأحمال لتحسين استراتيجية التحكم وإعدادات الحماية؛ على سبيل المثال، يتم تكوين حماية التيار الزائد عادةً بـ 1.2 ضعف التيار المقنن.
ثالثاً، يجب تعزيز نظام مراقبة تشغيل منطقة المحول لتمكين تبادل المعلومات والتحكم عن بعد مع جهاز التحويل.
رابعاً، خلال مرحلة التشغيل والصيانة، يجب إجراء اختبارات وقائية دورية على جهاز التحويل لتحديد ومعالجة أي أعطال محتملة مثل التآكل الميكانيكي أو الاتصال السيء، لضمان التشغيل الآمن والموثوق. بالإضافة إلى ذلك، يجب إجراء تحليل دوري لتغيرات أحمال منطقة المحول لتعديل منطق التحكم وإعدادات المعلمات للجهاز حسب الحاجة.
الجدول 2 مرجع تكوين السعة لأجهزة التوزيع الذكية
| نوع المنطقة | إجمالي عدد المستخدمين | أقصى حمل أحادي الطور (كيلوواط) | سعة المفتاح المقترحة (أمبير) |
| منطقة سكنية | ≤200 | 15 | 100 |
| منطقة سكنية | 200 ~ 500 | 20 | 160 |
| منطقة تجارية | ≤100 | 30 | 250 |
| منطقة صناعية | ≤50 | 50 | 400 |
2.3 منظم الجهد التلقائي للخطوط ذات الجهد المنخفض
يعتمد مبدأ عمل منظم الجهد التلقائي للخطوط ذات الجهد المنخفض على قياس الجهد والتيار في الخط بصفة مستمرة، وحساب المعلمات مثل معاوقة الخط ومعامل القدرة، ومن ثم ضبط موقع محول الفصل تلقائياً بناءً على الانحراف، وذلك لضمان أن يبقى الجهد الخارج ضمن نطاق مقبول. يتم استخدام هذا الجهاز بشكل أساسي في شبكات التوزيع ذات الجهد المنخفض، وخاصة في المناطق المتواجدة في نهاية الخطوط حيث يكون الجهد عرضة لأن يكون مرتفعاً جداً أو منخفضاً جداً.
أولاً، يجب اختيار موقع التركيب المناسب - مثل الجانب ذو الجهد المنخفض من محول التوزيع أو الوحدة الرئيسية الدائرية - وإجراء مسح للموقع لفهم نصف قطر التغذية وتوزيع المستخدمين على طول الخط.
ثانياً، يجب تحديد سعة المنظم (انظر الجدول 3) واستراتيجية التحكم. خلال مرحلة التركيب والتشغيل، يجب إجراء اختبارات بدون حمل وبحمل للتحقق من دقة تنظيم الجهد (عادة ما تكون مطلوبة ضمن ±1.5٪) ووقت الاستجابة (عادة لا يتجاوز 30 ثانية)، وكذلك لتأكيد وظائف الحماية مثل الجهد الزائد والجهد المنخفض.
ثالثاً، بعد التشغيل، يجب إنشاء نظام إدارة تشغيلي شامل، مع تحديد متطلبات الفحص والتشغيل والصيانة لضمان التشغيل الآمن والاستقرار للمنظم. على سبيل المثال، إذا انحرف الجهد الأحادي باستمرار عن القيمة المعينة بنسبة ±7٪ لمدة 5 دقائق، أو إذا تجاوز عدم التوازن في الجهد الثلاثي 2٪، يجب تحديد السبب واتخاذ الإجراءات التصحيحية بسرعة. تظهر تحليلات بيانات التشغيل أن المنظمات التلقائية للجهد التي تم تهيئتها بشكل صحيح يمكن أن تحسن معدلات التوافق مع الجهد في الخط بنسبة تتراوح بين 5٪ إلى 15٪، مما يقلل بشكل كبير من الخسائر الناتجة عن انتهاك الجهد.
الجدول 3 مرجع اختيار المنظمات التلقائية للجهد في الخطوط ذات الجهد المنخفض
| سعة المحول (kVA) | التيار الأقصى في الخط (A) | التيار المقنن لمنظم الجهد (A) | الكمية الموصى بها |
| 100 | 50 | 75 | 1 |
| 200 | 100 | 150 | 1 |
| 315 | 200 | 300 | 1~2 |
| 500 | 300 | 400 | 2 |
3. تطبيق التكنولوجيا
3.1 خلفية الحالة ومشكلات فقدان الخط
تقع منطقة المحول A في وسط المدينة في منطقة حضرية قديمة، مع نصف قطر إمداد كهربائي يبلغ 1.5 كم، وتخدم 712 عميل سكني و86 عميل تجاري. تتضمن البنية التحتية للتوزيع في المنطقة بشكل أساسي محولاً توزيع من نوع S11-M.RL-400/10 بسعة اسمية تبلغ 400 كيلو فولت أمبير؛ ستة خطوط تغذية ذات ضغط منخفض - اثنين منها بموصلات JKLGYJ-120 مم² وأربعة بموصلات JKLGYJ-70 مم² - بمتوسط طول خطي لكل دارة يبلغ 510 متراً؛ بالإضافة إلى ذلك، هناك أربع وحدات رئيسية للحلقات HXGN-12 و18 خزانة توزيع مندمجة ذات ضغط منخفض.
في السنوات الأخيرة، بسبب التجديد الحضري المحلي والتوسع في المنشآت التجارية، أظهرت الحمل في هذه منطقة المحول نمواً مستمراً. على سبيل المثال، في عام 2018، بلغ الحمل الأقصى 285 كيلووات، مع زيادة استهلاك الكهرباء بنسبة 7.6% سنوياً، ومع ذلك كان معدل فقدان الخط يصل إلى 9.7٪، مما يتجاوز بشكل كبير الهدف الإداري البالغ 6.5٪ لنفس الفترة.
كشفت الفحوصات الميدانية عن المشاكل الرئيسية التالية:
التواصل السيء عند نقاط الاتصال بين المحول والتوزيع والخطوط تسبب تسخيناً محلياً وخسائر إضافية؛
توزيع الحمل الثلاثي غير المتوازن، حيث وصل عدم التوازن الأقصى إلى 18.2٪؛
الربط غير القانوني واستخدام الكهرباء السرقة من قبل بعض المستخدمين؛
تجهيزات القياس القديمة بخطأ قياس يتجاوز ±5٪.
ساهمت هذه العوامل مجتمعة في استمرار فقدان الخط العالي في المنطقة، مما أدى إلى تحدي إدارة شديد.
3.2 اختيار التكنولوجيا والتنفيذ
للتغلب على مشكلات فقدان الخط في منطقة المحول A، تم تنفيذ حل شامل يدمج الاتصال HPLC والمفاتيح الذكية لتغيير الطور والأجهزة المنظمة للجهد تلقائياً بعد تقييم شامل.
أولاً، تم تركيب مشاركات HPLC وأجهزة الاتصال على الجانب ذي الضغط المنخفض للمحول، وتم نشر المعدات المناسبة في كل صندوق فرع وعداد المستخدم، مما أنشأ شبكة اتصال حامل كهربائي عالية السرعة تغطي كامل منطقة المحول. سمحت هذه الشبكة بالرصد الفوري لحالة التشغيل، بما في ذلك الجهد والتيار والقوة على الحافلات والفروع، وكذلك المؤشرات الحرجة مثل درجة حرارة المعدات وتشوّه التوافق. يمكن بذلك لفرق التشغيل والصيانة اكتشاف الاستثناءات بسرعة. علاوة على ذلك، قدمت بيانات القياس الدقيقة للطاقة دعماً قوياً لتحليل وإدارة فقدان الخط.
ثانياً، تم تركيب ست وحدات من المفاتيح الذكية لتغيير الطور (مع تصنيف للتيار الأقصى للعمل يبلغ 250 أمبير) في الصناديق الرئيسية والفروع الرئيسية للأحمال. تقوم هذه المفاتيح بقياس عدم توازن التيار الثلاثي باستمرار وتقوم بإعادة توزيع الأحمال تلقائياً عندما يتجاوز عدم التوازن 15٪، مما يؤدي إلى توازن فعال للثلاثة أطوار. أكدت الاختبارات الميدانية أن عمليات التحويل تمت في غضون 30 ميلي ثانية، مع انتقالات سلسة لا تسبب أي اضطراب للمستخدمين. بعد ثلاثة أشهر من التشغيل، انخفض عدم توازن الثلاثة أطوار في المنطقة من 18.2٪ إلى 6.5٪، ومعدل فقدان الخط انخفض بنسبة 1.7٪.
ثالثاً، لمعالجة انتهاكات الجهد في نهاية الخطوط، تم تركيب جهاز تنظيم جهد ذكي بقدرة 200 كيلو فولت أمبير على بعد 710 متر من المحول. يتقبل الجهاز نطاق جهد إدخال من 210-430 فولت ويحافظ على إخراج 220 فولت ±2٪. يقوم الجهاز بتغيير نسبة اللفات تلقائياً بناءً على القياسات الفعلية للجهد في نهاية الخط، مما يحافظ على الجهد النهائي ضمن النطاق المقبول باستمرار. منذ التشغيل، استجاب الجهاز بسرعة عبر مختلف الذروات والوديان للحمل، مما رفع معدل التوافق للجهد في تسع نقاط مراقبة رئيسية من 87٪ إلى أكثر من 98.5٪.
من خلال نهج الإدارة المغلقة "الرصد-التحكم-التحسين"، أدت هذه الإجراءات إلى تحسين كبير في أداء فقدان الخط في منطقة المحول A، مما حقق تقديرًا لوفير الطاقة السنوي يبلغ حوالي 120,000 كيلوواط ساعة، مع فوائد اقتصادية ملحوظة. يتم تقديم مقارنة للمؤشرات الرئيسية في الجدول 4.
الجدول 4 مقارنة المؤشرات الرئيسية لمنطقة A قبل وبعد الإدارة الشاملة
| Index | قبل الإدارة | بعد الإدارة | معدل التحسين |
| الحمل الأقصى (كيلوواط) | 285 | 268 | -5.9% |
| نسبة حمل المحول | 71.3% | 67.0% | -4.3% |
| عدم التوازن ثلاثي الأطوار | 18.2% | 6.5% | -11.7% |
| نسبة تأهيل الجهد | 87.0% | 98.5% | +11.5% |
| نسبة خسارة الخط | 9.7% | 6.1% | -3.6% |
في التنفيذ الفعلي، يجب الانتباه أيضًا إلى النقاط التالية:
أولاً، فيما يتعلق بموثوقية اتصال HPLC، يجب تكوين قوة الإرسال وترميز القناة وغيرها من المعلمات بشكل معقول وفقًا للظروف الخاصة بالمنطقة المحولة. وإذا لزم الأمر، يمكن استخدام طرق التحويل لتعميق مسافة الاتصال.
ثانياً، يجب ضبط توقيت وطقس المنطق للمفاتيح المتحركة بين الأطوار بدقة لتجنب التحويل الزائد أو الخطأ. على سبيل المثال، يمكن تكوين المفتاح ليقوم بعمله فقط عندما يتجاوز عدم التوازن 15٪ ويستمر لمدة 3 دقائق.
ثالثاً، يجب اختيار تنظيم الجهد المناسب وتكييف السعة بما في ذلك هامش معين لمنع التعديلات المتكررة التي قد تتسبب في التآكل الميكانيكي. راجع الجدول 5 لتوجيهات حول اختيار وتكوين تنظيم الجهد التلقائي.
جدول 5 مرجع اختيار النموذج لتنظيم الجهد التلقائي
| سعة المحول | معامل الحمل الأقصى | هامش سعة مُنظِّم الجهد |
| ≤200 كيلو فولت أمبير | 0.6 - 0.7 | 20% - 30% |
| ≤400 كيلو فولت أمبير | 0.7 - 0.8 | 15% - 20% |
| >400 كيلو فولت أمبير | 0.75 - 0.85 | 10% - 15% |
وبالإضافة إلى ذلك، فإن فريق التشغيل والصيانة ذو الجودة العالية ضروري أيضًا لضمان التشغيل المستقر طويل الأمد للنظام. فقط من خلال التوافق الوثيق مع الاحتياجات الفعلية، واختيار وتحسين الحلول التقنية وفقًا للظروف المحلية، ودعمها بآليات إدارة سليمة يمكن تحقيق تحسين مستمر في إدارة فقدان الطاقة.
4. الخاتمة
إدارة فقدان الطاقة في المناطق المحولة ذات الجهد المنخفض لها أهمية كبيرة لتحسين جودة التزويد بالطاقة والكفاءة الاقتصادية، وتوفير تكنولوجيات الشبكة الذكية دعمًا قويًا في هذا الصدد. في العمل العملي، أصبحت تكنولوجيات مثل HPLC (التواصل عالي السرعة عبر خطوط الطاقة)، وأجهزة التحويل الذكية، ومعدات تنظيم الجهد الآلية للخطوط ذات الجهد المنخفض هي النقاط الرئيسية للبحث والتنفيذ. باستخدام هذه التكنولوجيات، يمكن تحقيق المراقبة الفورية لحالة تشغيل المنطقة المحولة والتوازن الديناميكي للأحمال الثلاثية والتنظيم الدقيق لجهد الطرف.
مثلاً، بعد إجراء ترميم شامل لمنطقة محولة A في مدينة مقاطعة معينة، انخفض معدل فقدان الطاقة من 9.7% إلى 6.1%，并且电压合格率提高了11.5%，取得了显著的经济效益和社会效益。
然而，当前技术应用仍存在改进空间——例如进一步提高通信抗干扰能力和完善设备自适应控制策略。展望未来，应更加注重智能设备的一体化设计和协同控制，并深入探索基于大数据和人工智能的线损预测模型。此外，加强运维人员的技术培训对于确保系统长期稳定运行至关重要。这些措施将为低压变电站区域的线损管理提供更高效、可持续的解决方案。
请允许我纠正上述翻译中的中文部分，并将其完整地翻译成阿拉伯语：فعلى سبيل المثال، بعد القيام بإصلاح شامل لمنطقة المحول A في مدينة مقاطعة معينة، انخفض معدل فقدان الطاقة من 9.7% إلى 6.1%، وارتفع معدل التوافق للجهد بنسبة 11.5%، مما حقق فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة.
ومع ذلك، لا تزال هناك مجالات تحتاج إلى تحسين في تطبيقات التكنولوجيا الحالية - على سبيل المثال، زيادة قدرة المقاومة ضد الضوضاء في الاتصال وتحسين استراتيجيات التحكم الذاتي للمعدات. نظرًا للمستقبل، يجب التركيز على التصميم المتكامل والتحكم المتزامن لأجهزة الذكاء، واستكشاف أعمق لأنماط التنبؤ بفقدان الخط استنادًا إلى البيانات الكبيرة والذكاء الصناعي. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر تدريب الفنيين المسؤولين عن التشغيل والصيانة أمرًا أساسيًا لضمان التشغيل المستقر طويل الأمد للنظام. ستقدم هذه الإجراءات حلولاً أكثر كفاءة واستدامة لإدارة فقدان الطاقة في مناطق المحولات ذات الجهد المنخفض.
