تطبيق مفاتيح الدائرة الجديدة المثبتة على الأعمدة في محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة في المناطق الجبلية

تُشير الطاقة الكهرومائية الصغيرة إلى محطات توليد الكهرباء ذات القدرة المثبتة للمحطة الواحدة أقل من 50,000 كيلو فولت أمبير. يغير دمج الطاقة الكهرومائية الصغيرة في شبكة التوزيع طوبولوجيا النظام وجهة تدفق الطاقة. تم تحليل ومناقشة التحديات المتعلقة بتنظيم المناطق الغنية بالطاقة الكهرومائية الصغيرة في الأدبيات، ودراسة استراتيجيات إعادة الإغلاق لخطوط شبكة التوزيع التي تحتوي على الطاقة الكهرومائية الصغيرة، وتقديم نوع جديد من أجهزة الفصل الآلية للسلامة للطاقة الكهرومائية الصغيرة.

​1 الحالة الحالية للطاقة الكهرومائية الصغيرة في المناطق الجبلية​
يبلغ مساحة المنطقة الكلية 45,385 كم²، حيث تمثل المناطق الجبلية 98.3% من المنطقة. هناك 58 محطة للطاقة الكهرومائية الصغيرة بقدرة مثبتة إجمالية تبلغ 41.45 ميجاواط، معظمها تحتوي على قدرة مثبتة أقل من 1 ميجاواط. هذه المحطات منتشرة بشكل واسع وتواجه ظروف اتصال ضعيفة.

بسبب عمرها، تعتمد المحطات بشكل أساسي على معدات التحكم الميكانيكية وتعاني من نقص في أجهزة التشغيل الآلي. معظم عدادات البوابة هي عدادات نبضية تعتمد على القراءة اليدوية دون قدرة على النقل عن بعد. أجهزة الحماية والتحكم والتزامن لا تمتلك واجهات اتصال، مما يتطلب الإبلاغ اليدوي عن بيانات التشغيل إلى المراقبين عبر الهاتف.

غالباً ما تعمل خطوط 10 كيلوفولت لمراكز تحويل 35 كيلوفولت في الشبكة بطريقة هجينة حيث تتعايش الطاقة الكهرومائية الصغيرة والاستهلاك. يستخدم الجانب العالي الجهد من محول المحطة الأساسي مفاتيح الانقطاع القابلة للسقوط، والتي تكون بسيطة في التركيب ومتصلة بخطوط الشبكة المرتبطة بـ 10 كيلوفولت عبر توصيلات T.

​2 تحليل المشكلات​
​2.1 التأثير على تشغيل أجهزة التحكم التلقائي للخطوط​
في شبكات التوزيع النشطة، بعد انقطاع الدائرة المنبعثة من مركز التحويل، قد تستمر محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة في تزويد نقطة العطل بالطاقة، مما يعيق إخماد العطل ويقلل من نسبة نجاح إعادة الإغلاق. إذا بقيت مصادر الطاقة الموزعة (DERs) متصلة أثناء إعادة الإغلاق، فقد يحدث الإغلاق غير المتزامن، مما يؤدي إلى تيار الدفع الذي يمكن أن يؤدي إلى فشل إعادة الإغلاق وتلف الوحدات الكهرومائية الصغيرة.

بعض محطات الطاقة المرتبطة بشبكة 10 كيلوفولت تفتقر إلى حماية الفصل عند انخفاض الجهد لكل من حماية الخط المرتبط بشبكة والحماية للمنشآت، مما لا يتوافق مع متطلبات تشغيل الشبكة. هذا يؤثر بشكل كبير على تزويد الطاقة الآمن والموثوق به للشبكة ومدة الخدمة التشغيلية للمنشآت.

عند حدوث عطل في قناة الاتصال بالشبكة لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة، لا يتم فصل المولد بسرعة بعد تخلص الجانب النظامي من العطل. هذا قد يؤدي إلى إعادة الاتصال غير المتزامن بالشبكة بعد عملية إعادة الإغلاق للجانب النظامي، مما يمنع تنشيط إعادة الإغلاق للجانب النظامي ويسبب انقطاعات غير ضرورية للطاقة للمستخدمين الذين يستخدمون المحولات العامة، مما يؤدي إلى تأثير سلبي كبير على المجتمع.

لذلك، عندما يحدث عطل في قناة الاتصال بالشبكة، عدم قدرة المولد على الفصل بسرعة يؤثر بشكل كبير على تزويد الطاقة الآمن والموثوق به للشبكة وقد يؤدي إلى إعادة الاتصال غير المتزامن بالشبكة.

​2.2 نقل المعلومات التنظيمية غير الكامل​
بناءً على الاستطلاعات الميدانية، تقع معظم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة في المناطق الجبلية بعيداً عن مراكز تحويل الشبكة المركزية. ستكون تكلفة تركيب كابلات الألياف الضوئية المخصصة عبر الغابات باهظة وغير موثوقة. كما تتطلب ترقية معدات التشغيل الآلي وإرسال البيانات عبر شبكات اللاسلكية الخاصة الآمنة بعد تقييم الأمن السيبراني استثماراً كبيراً. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة لديها قدرة محدودة وكفاءة توليد كهرباء منخفضة، مما يقلل من حافزها للترقية. تؤدي قيود قنوات الاتصال إلى نقل معلومات غير كاملة إلى مركز التنظيم.

ومع ذلك، عدم قدرة إرسال بيانات التشغيل الفعلية إلى مركز التنظيم الإقليمي يؤثر على تحليل المراقبين للشبكة ومعولية محولات التوزيع 10 كيلوفولت على خطوط الشبكة المرتبطة. سيتم إجبار منصة التنظيم على العمل بطريقة عمياء لفترات طويلة بالنسبة لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، مما يعرض التشغيل الآمن للشبكة الإقليمية للخطر.

​3 الحلول​
​3.1 نظرة عامة على الحل​
لتحقيق الرصد الفعال واكتساب البيانات لوحدات الطاقة الكهرومائية الصغيرة وتعزيز أمان وموثوقية الشبكة، يتم استبدال مفاتيح الانقطاع القابلة للسقوط على الجانب العالي الجهد من المحولات الرئيسية بمفاتيح قاطعة جديدة مثبتة على الأعمدة مزودة بمستشعرات إلكترونية عالية الدقة. يتم تزويدها بأجهزة مراقبة الشبكة (FTUs) مزودة بوظائف الإشارة عن بعد والقياس عن بعد والتحكم عن بعد والفصل التلقائي لجمع البيانات في نقطة الاتصال بشبكة 10 كيلوفولت والحالة التبديلية.

يتم استبدال عدادات البوابة النبضية الحالية بعدادات طاقة إلكترونية ثلاثية الأطوار متعددة الوظائف لجمع بيانات التشغيل من وحدات المولدات، والتي يتم إرسالها إلى FTU عبر حافلة المجال. يتم تزويدها بوحدة تشفير عمودية ثنائية البطاقة. يتم تشفير البيانات بشكل آمن وتحميلها إلى نظام التنظيم الإقليمي المتكامل عبر قناة شبكة لاسلكية عامة مخصصة تتمتع بتغطية إشارة قوية.

عند حدوث عطل في خط الاتصال بالشبكة يؤدي إلى انقطاع الدائرة المنبعثة من مركز التحويل، يتم تفعيل حماية فقدان الجهد في FTU ويتم فتح المفتاح القاطع المثبت على العمود لفصل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة عن الشبكة. يحدث إعادة التزامن والاتصال مرة أخرى بعد استعادة التغذية الكهربائية.

​3.2 مجموعة المعدات الرقمية للتشغيل الآلي​
تشمل مجموعة المعدات الرقمية للتشغيل الآلي مفاتيح قاطعة من نوع ZW32 مثبتة على الأعمدة، وأجهزة فصل عازلة ثنائية الجانب، ومتحولات الجهد الكهربائي، وأجهزة FTU الرقمية. تدمج وحدة المفتاح القاطع ثلاثة مستشعرات إلكترونية مجتمعة (EVCT) ووحدة رقمية محلية (ADMU).

الهيكل العام مضغوط وخفيف الوزن، مما يسهل التثبيت والصيانة. مقارنة بالبرامج الذكية التقليدية لمراقبة المعدات، يسمح هذا النظام للبرمجيات المراقبة بالحصول على بيانات التشغيل من أنظمة التشغيل لـ 32 وحدة. يلتقط أيضاً أحجام الملفات من صور الكاميرا ويراقب ما إذا كانت برمجيات أجهزة الكشف (الحزمة الصغيرة، الحزمة القضيبية، فقدان القضيب في الكرتون، كشف الخمس عجلات) تعمل بشكل طبيعي، بالإضافة إلى بيانات معلومات العمل الرافض.

• تقوم البرمجية بإرسال بيانات الصورة المرفوضة إلى لوحة التحكم.
• تقوم البرمجية بإرسال جميع بيانات الصور إلى لوحة التحكم.
• تقوم البرمجية بإرسال جميع البيانات الإحصائية (بما في ذلك العلامة التجارية، التاريخ، الوقت، معلومات الوحدة، وما إلى ذلك) إلى لوحة التحكم.

عن طريق استخدام خادم الشبكة الداخلية للمصنع، عندما تقوم برمجيات مراقبة المعدات بإنشاء بيانات معلومات العطل، يتم إرسالها إلى الخادم، مما يثير إنذارات على الموقع عبر خادم الشبكة الداخلية للمصنع. يتم إرسال بيانات معلومات العطل أيضاً عبر الإنذار عن بعد عبر أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحمولة. تؤدي مشاكل مثل تعطل البرامج، انقطاع الكاميرا، فشل الكاميرا في التقاط الصور، فشل المستشعرات لكشف الوصول إلى الحزمة السجائر، وعدم تلقي صور العيوب، وفشل جهاز الرفض إلى ظهور تنبيهات على واجهات الكمبيوتر والأجهزة المحمولة. صفحة الإنذار تعرض معلومات عيوب الجهاز، الموقع، وقت الحدوث، وسجلات التعامل.

​3.3 تنفيذ تحكم التحذير المبكر لجودة المنتج​
عن طريق تحليل بيانات الكشف من المعدات، يتم إصدار تحذيرات مبكرة عندما يتجاوز عدد عبوات السجائر المعيبة العتبات أو يحدث تكرار غير طبيعي للعيوب. تنبه وظيفة التحذير من الجودة فريق الصيانة لتعديل أو إصلاح الأجزاء ذات الصلة من المعدات الرئيسية للإنتاج، مما يساعد على القضاء على عيوب الجودة في الوقت المناسب ومنع تفاقمها.

يتم تحليل بيانات أجهزة الكشف عن الحزم الصغيرة، وأجهزة كشف الخمس عجلات، وأجهزة كشف فقدان القضيب في الكرتون، وأجهزة كشف الحزم القضيبية بناءً على معلومات اسم صورة العيب (بما في ذلك وقت حدوث العيب، وكمية المنتجات المعيبة، وموقع الكاميرا حيث تم الكشف عن العيب). يتم إصدار تحذير عيب المنتج عندما يتجاوز عدد العيوب العتبة التحذيرية.

عن طريق تحليل الوقت وكمية المنتجات المعيبة، يمكن إجراء تحليل إحصائي لتكرار العيوب خلال فترة زمنية معينة والاتجاهات طويلة الأمد. هذا يوفر أساساً لإدارة تقييم المعدات، وإعطاء تنبيهات في الوقت المناسب لفريق الصيانة للتعديل، وتحسين إدارة الصيانة العلمية.

​3.4 إدارة مركزية لحالة أجهزة الكشف​
يستخدم موظفو إدارة الإنتاج (موظفو الجودة العملية، مديرو المعدات) نظام المراقبة لتحقيق مقارنة وتحليل مركزيين لحالة أجهزة الكشف وحالات عيوب المنتج، مما يحقق الإدارة المركزية لحالة أجهزة الكشف. يمكن لنظام مراقبة أجهزة الكشف عرض حالة التشغيل الفعلي، اتجاهات عيوب الجودة، وتحليل البيانات التاريخية الإحصائية لجميع أجهزة الكشف في المصنع، مما يتيح إدارة مركزية موحدة لجميع معدات المصنع.

يمكن أن تحلل السجلات التاريخية الشاملة للأعطال نسبة الوحدات المعيبة، وأنواع الأعطال، والمعدات المعيبة، وأوقات الذروة للأعطال. يتم تنفيذ إدارة الصيانة المخططة للوحدات، وأنواع الأعطال، والمعدات ذات الأعطال المتكررة لمنع حدوثها.

​4 الخلاصة​
باختصار، يتطلب نظام الكشف عن المعدات في ورشة تصنيع السجائر في مصنع التبغ مراقبة عبر الإنترنت في الوقت الحقيقي لضمان تتبع حالة أجهزة الكشف، وإعطاء الإنذارات وتحديد موقع الأعطال. هذا يقلل من الأعطال أثناء عملية إنتاج عبوات السجائر، وضمان سلاسة عمليات الإنتاج، وتحسين كفاءة الإنتاج.