تطبيق الفصلات الكهربائية ذات الجهد العالي في أنظمة تغذية الطاقة للجر
أصبحت المفاتيح التقليدية غير كافية بشكل متزايد لمتطلبات التشغيل لنظم التغذية الكهربائية الحديثة للجر. وقد ساهم ظهور الفصلات ذات الجهد العالي في تعبئة هذا النقص بشكل فعال. تعمل أنظمة الفصلات ذات الجهد العالي على تحسين بنية المفاتيح التقليدية، وتوسيع نطاق استخدامها، والتركيز بشكل أكبر على التفاصيل الدقيقة، مما يعزز السلامة والموثوقية لنظم الطاقة أثناء التشغيل الفعلي. لذا، من الضروري تحليل ودراسة تطبيق الفصلات ذات الجهد العالي في نظم التغذية الكهربائية للجر.
1. نظم التغذية الكهربائية للجر
تمثل نظام التغذية الكهربائية للجر المستخدم حاليًا في الصين شكلًا جديدًا من تقنيات الدفع القائمة على السكك الحديدية التي تعتمد على الكهرباء - وهي تقنية دفع جديدة يتم تطبيقها على نطاق واسع في الخطوط الحديدية الرئيسية والنقل الحضري بالسكك الحديدية، مما يوفر أداءً ممتازًا ويحسن بشكل كبير راحة النقل العام. وفي الاستخدام العملي، تقوم الدفع الكهربائي بتحويل مستمر للطاقة الكهربائية إلى قوة جر ميكانيكية لدفع القطارات والمجموعات المتعددة الوحدات الكهربائية.
تنقسم أنظمة الدفع الكهربائي الحالية في الصين إلى ثلاثة أنواع حسب نوع التيار: التيار المتردد الأحادي المرحلة ذو التردد الصناعي، التيار المباشر، والتيار المتردد الأحادي المرحلة ذو التردد المنخفض. ومن بين هذه، يعتبر نظام التيار المتردد الأحادي المرحلة ذو التردد الصناعي الأكثر شيوعًا، ويستخدم بشكل أساسي في السكك الحديدية المكهربة.
تقدم الدفع الكهربائي ثلاثة مزايا رئيسية:
لا تحمل القطارات الكهربائية الوقود بل تستغل مصادر الطاقة الثانوية، مما يمكنها من توفير قوة جر غير ذاتية بشكل فعال.
تعزز توفير الطاقة؛ مع دخول قطاع السكك الحديدية في الصين مرحلة تطور جديدة، يتم نشر القطارات الكهربائية بشكل أكثر اتساعًا.
تحسن السلامة التشغيلية. بفضل التقدم في مجال الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات، تدعم القطارات الكهربائية الحديثة الكشف عن الأعطال في الوقت الحقيقي، والقيادة الذاتية، والتحكم عن بعد، مما يعزز بشكل كبير مستوى المعلوماتية لأنظمة الجر.
2. الخصائص والأدوار وأنواع وتطور الفصلات ذات الجهد العالي
(1) الأدوار والوظائف
رغم أن الفصلات ذات الجهد العالي بدأت تُستخدم بشكل واسع مؤخرًا في أنظمة الطاقة في الصين، إلا أنها أظهرت أداءً متميزًا. تتلخص وظائفها الأساسية في نقطتين:
عندما تكون مفتوحة، تضمن مسافة عزل مرئية وأمنة كهربائيًا بين الأطراف؛
عندما تكون مغلقة، تحمل بشكل موثوق التيار المستمر المقنن.
هذه القدرات تحسن بشكل كبير من السلامة والكفاءة التشغيلية. الأدوار الرئيسية تشمل:
• العزل الكهربائي: أثناء الصيانة، تقوم الفصلات بعزل المعدات المقيدة من الدوائر الحية، مما يخلق نقطة انقطاع واضحة تحمي الأفراد والمعدات.
• عمليات التبديل (نقل الحافلة): تسمح بتغيير آمن للمعدات بين حالات التشغيل والاحتياط أو الصيانة، مما يسهل إعادة التكوين التشغيلي المرن والآمن.
(2) الأنواع
تختلف أنواع الفصلات بناءً على عدة معايير:
حسب موقع التركيب: خارجي مقابل داخلي؛
حسب مستوى الجهد: منخفض الجهد مقابل عالي الجهد؛
حسب التصميم الهيكلي: عمود واحد، عمودان، أو ثلاثة أعمدة؛
حسب آلية التشغيل: يدوي، كهربائي، أو هوائي.
(3) التطورات التكنولوجية
غالبًا ما تعاني الفصلات التقليدية من تقلص مساحة الاتصال بين الأطراف المتحركة والسكونية بعد الاستخدام لفترات طويلة، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة التوصيل وخسارة التوصيل وزيادة استهلاك الطاقة. وقد أدت الابتكارات الحديثة - مثل تقنية الاتصال بالأصابع وتصميمات السطوح المخططة - إلى تحسين التوصيل والموثوقية بشكل كبير. وقد أدى ذلك إلى توسيع نطاق تطبيق الفصلات ذات الجهد العالي الحديثة في البنية التحتية للطاقة في الصين.
3. التطبيقات في نظم التغذية الكهربائية للجر
(1) التحكم عن بعد (التلغراف)
باتت الفصلات ذات الجهد العالي مكونات أساسية في أنظمة التغذية الكهربائية للجر على السكك الحديدية، مما يمكّن من عزل الأعطال والصيانة القطاعية، وبالتالي تعزيز السلامة والدقة التشغيلية. نظرًا للعدد الكبير وتوزيع المحطات المركزية في شبكة السكك الحديدية المكهربة في الصين، فإن التشغيل اليدوي على الأرض غير فعال ويحد من التحويل الآلي. لذا، يعد تنفيذ التحكم عن بعد ضروريًا لتطوير التحديث السككي.
مع التقدم في الاتصالات السلكية واللاسلكية، يمكن الآن دمج وحدات الطرف البعيد (RTUs) في آليات التشغيل الكهربائية. هذا التكامل لا يحل فقط التحديات الرئيسية في تشغيل الفصلات عن بعد ولكنه يعزز أيضًا موثوقية النظام، ويضمن تزويد الطاقة المستقر، ويرفع مستوى التحويل الآلي للسكك الحديدية المكهربة بشكل عام.
(2) المراقبة المرئية السلكية / اللاسلكية
نظرًا لتثبيت الفصلات الخاصة بالشبكة الخارجية عادةً في الخارج وغير مراقبة، فإن المراقبة عن بعد ضرورية جنبًا إلى جنب مع التحكم عن بعد. تسمح أنظمة المراقبة المرئية بمتابعة مستمرة للظروف الميدانية، مما يقلل من خطأ الإنسان في القرارات التوجيهية.
يتطلب نشر مثل هذه الأنظمة حلول اتصال هجينة - تجمع بين التكنولوجيات السلكية واللاسلكية مثل التردد القفزي والتوزيع الطيفي والواي فاي، والتي هي ناضجة في الصين. يمكّن دمج هذه الأساليب المتقدمة للاتصال من المراقبة المرئية عن بعد القوية، مما يعزز السلامة والموثوقية والكفاءة التشغيلية للسكك الحديدية المكهربة بشكل أكبر.
(3) المراقبة الحرارية عبر الإنترنت
رغم بساطة تركيب نقاط الاتصال والفواصل، إلا أنها معرضة لبيئات خارجية قاسية مما يجعلها عرضة للأكسدة. تزيد الأكسدة من مقاومة الاتصال وتولد حرارة زائدة، مما قد يؤدي إلى فشل المعدات أو الحريق إذا لم يتم التعامل معها.
في عصر المحطات الفرعية الذكية والعمليات بدون طاقم، أصبحت مراقبة الحرارة عن بعد ضرورية. تستخدم ثلاثة أساليب رئيسية في الصين: الأجهزة الاستشعار اللاسلكية، وأجهزة الاستشعار الضوئية، والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء - مع كون أجهزة الاستشعار الضوئية الأكثر انتشارًا.
تثبت أجهزة استشعار درجة الحرارة الضوئية مباشرة على نقاط الاتصال أو أصابع الاتصال. يتم نقل البيانات عبر الألياف الضوئية المقاومة للجهد العالي إلى وحدة المعالجة المركزية، ثم يتم توجيهها إلى أجهزة الكمبيوتر الخلفية للمحطة لتحليلها في الوقت الحقيقي. تم تطوير برامج متخصصة لإدارة البيانات وتحليلها في الصين، مما يضمن مراقبة درجات الحرارة بشكل موثوق. ومع ذلك، لا تزال تكلفة المعدات وتطوير البرمجيات مرتفعة.
4. خاتمة
دخل نظام السكك الحديدية الكهربائي في الصين مرحلة جديدة من التطوير. ساهمت التحسينات المستمرة في المقاطع التقليدية - من خلال تقنيات نقاط الاتصال والأسطح المقوسة - بشكل كبير في تحسين أداء المقاطع العالية الجهد في تطبيقات الجذب الكهربائي، مما سرع عملية تحديث الشبكة الوطنية للسكك الحديدية.
مقارنة بأنماط التغذية التقليدية، يقدم الجذب الكهربائي كفاءة أفضل وأمانًا أكبر واستهلاكًا أقل للطاقة. أصبح دمج المقاطع العالية الجهد المتقدمة مع أنظمة الجذب الكهربائي علامة مميزة لتحديث السكك الحديدية في الصين، مما وضع تقنية التحويل الكهربائي للبلاد بين أفضل التقنيات في العالم.
