حل مشاكل الدقة في الأحمال المنخفضة: دليل ترقية العدادات الرقمية لشبكات الكهرباء في حقول النفط

I. المقدمة والخلفية​

تعتبر أجهزة قياس الكهرباء أدوات مراقبة حيوية لأمان واستقرار واقتصادية تشغيل الشبكات الكهربائية. بشكل تقليدي، تم استخدام أجهزة القياس الكهربائية ذات المؤشرات التناظرية على نطاق واسع في محطات التحويل في حقول النفط. ومع ذلك، مع تطور الشبكات وتزايد متطلبات دقة القياس والموثوقية، كشفت الأجهزة ذات المؤشرات عن العديد من العيوب في التطبيق طويل الأمد، مثل الأخطاء الكبيرة في القراءة، وعدم الدقة في الإشارة تحت الأحمال المنخفضة، وصعوبة تناسب النطاق.

لتحديث مراقبة تشغيل المحطة وضمان دقة البيانات ووضوحها وموثوقيتها، يوصي هذا المقترح بتحديث شامل من الأجهزة الحالية ذات المؤشرات إلى الأجهزة الإلكترونية الرقمية. الأجهزة الرقمية، بفضل دقتها العالية وسهولة قراءتها وقدرتها القوية على مقاومة التداخل وسهولة تركيبها وصيانتها، تمثل الحل المثالي للمشاكل الحالية.

​II. الوضع الحالي وتحليل المشكلات (حدود الأجهزة ذات المؤشرات)​​

تواجه الأجهزة ذات المؤشرات المستخدمة حالياً المشاكل الآنية التالية:

1. ​أخطاء القراءة:​​ الاعتماد على القراءة البصرية اليدوية يمكن أن يؤدي بسهولة إلى أخطاء بالانحراف. كما أن طرق القراءة غير الصحيحة تساهم في الخطأ البشري، مما يقلل من دقة البيانات.
2. ​عدم الدقة الشديدة تحت الأحمال المنخفضة:​​ غالبًا ما يكون الحمل الفعلي في محطات التحويل في حقول النفط ضمن نطاق 5%-10% من نطاق الجهاز. ومع ذلك، فإن نطاق القراءة الدقيق للأجهزة ذات المؤشرات هو فقط 20%-80% من نطاق الجهاز. تحت هذه الأحمال المنخفضة، يمكن للقراءات أن تختلف عن القيمة الفعلية بمئات الأمبير، مما يجعل الرصد بلا معنى.
3. ​استبدال النطاق غير العملي:​​ لجلب القراءة إلى النطاق الدقيق، من الضروري تغيير نطاق الجهاز، ولكن يجب أن يتطابق مع نسبة المحول الحالي. بما أن المحولات الخاصة بالقياس والحماية غالباً ما يتم تصنيعها كوحدة متكاملة، فإن استبدال المحولات يتطلب عمل هندسي ضخم وكثير التكاليف، مما يجعله غير عملي.

​III. الحل: مزايا وتطبيق الأجهزة الإلكترونية الرقمية​

​1. مبدأ القياس​

تستخدم الأجهزة الرقمية تقنية التحويل المتقدم A/D (من التناظري إلى الرقمي). تقوم أولاً بتحويل الكميات الكهربائية التناظرية المستمرة (مثل الجهد والتيار) إلى كميات رقمية متقطعة قبل القياس والمعالجة والإظهار. وهذا يختلف جوهرياً عن آلية القيادة التناظرية المباشرة للأجهزة ذات المؤشرات.

​2. مقارنة المزايا الأساسية​

تتمتع الأجهزة الرقمية بمزايا ساحقة على الأجهزة ذات المؤشرات، كما هو مفصل في الجدول أدناه:

​3. تحديد التطبيقات​

بناءً على المزايا المذكورة أعلاه، تعتبر أجهزة القياس الكهربائية الرقمية الحل المفضل لتحديث الأجهزة وتشغيل الصيانة الذكي في محطات التحويل في حقول النفط. وهي تعالج بشكل فعال العيوب الداخلية للأجهزة ذات المؤشرات، مما يعزز بشكل كبير مستويات الرصد التشغيلي وكفاءة اتخاذ القرار.

​IV. النقاط الرئيسية للتنفيذ والنشر​

لضمان تنفيذ المشروع الخاص بإعادة تجهيز الأجهزة الرقمية واستقراره على المدى الطويل، تتطلب الجوانب التالية التركيز:

1. ​تكوين مصدر الطاقة المساعد:​​
• ​الأولوية للوثوقية:​​ يُنصح بأن يتم تغذية مصدر الطاقة المساعد للأجهزة من نظام الطاقة DC، أو من مصادر موثوقة مثل دوائر الإضاءة الاحتياطية أو الدوائر التي تحتوي على طاقة احتياطية داخل نظام الطاقة المساعدة للمحطة. هذا يمنع فقدان طاقة الجهاز أثناء انقطاع الطاقة الكامل للمحطة، مما قد يؤدي إلى خطأ في الحكم من قبل المشغل.
• ​الحماية المستقلة:​​ يجب تجهيز دائرة الطاقة المساعدة لكل جهاز بدائرة تحميل متخصصة أو مفتاح دارة مصغرة ذو قدرة فصل عالية للتأكد من العزل الفعال في حالة حدوث عطل.
2. ​التوحيد والجمالية:​​
• يجب توحيد نوع اللون الألواح والأبعاد المقطوعة وغيرها من الخصائص للأجهزة الرقمية المختارة للحفاظ على الجمالية والتناسق العام لألواح التحكم / الخزانات.
3. ​تدابير مكافحة التداخل:​​
• نظراً للبيئة الكهرومغناطيسية المعقدة داخل المحطات، يجب اختيار المنتجات التي أثبتت جدارتها والتي تم اختبارها في بيئات مجالات كهربائية ومغناطيسية قوية.
• خلال مراحل التصميم والتركيب، يجب تنفيذ تدابير وقائية مثل التغليف والتوصيل الصحيح للتأكد من التشغيل المستقر على المدى الطويل للأجهزة في ظروف كهرومغناطيسية قاسية.
4. ​دورة المعايرة والصيانة:​​
• يجب تضمين جميع الأجهزة الرقمية في جدول معايرة دوري، مع دورة معايرة موصى بها تبلغ سنة واحدة.
• لضمان دقة القياس، يجب تشغيل الأجهزة لمدة 15 دقيقة قبل أي قياس أو معايرة مهمة.
5. ​الدعم الفني والمتابعة:​​
• بعد إعادة التجهيز والتشغيل، يجب أن يقوم المورد بزيارة متابعة للمستخدم، ويتعامل بشكل فوري مع مشاكل التشغيل، ويوفر التفسيرات والتدريب الفني اللازم للمشغلين.

​V. طرق المعايرة للأجهزة الرقمية الرئيسية​

لتوفير دقة القياس، يجب معايرة جميع الأجهزة الرقمية الجديدة والمفتش عليها دوريًا وفقًا للمواصفات. فيما يلي ملخص لعملية المعايرة لأنواع الأجهزة الرئيسية:

• ​الخطوات الأولية العامة:​​ ربط مصدر الطاقة المساعد؛ التحقق من أن العرض الرقمي أو الشاشة تعمل بشكل طبيعي.
• ​معايرة أميتر:​​ ربط الأسلاك وفقًا لمخطط التوصيل؛ تطبيق تيار معياري AC (مثل 5A)؛ ضبط مقاوم المعايرة لتلبية المواصفات؛ ثم تطبيق تيارات تناسبية (مثل 2.5A، 1.25A) للتحقق من الخطية.
• ​معايرة فولتمتر:​​ أولاً ضبط الصفر للجهاز؛ ثم ربط الأسلاك وفقًا لمخطط التوصيل المقابل لمستوى الجهد (مثل 35KV، 6KV)؛ إدخال جهد معياري (مثل 100V)؛ ضبط المقاوم المقابل للعرض الصحيح؛ والتحقق من الخطية.
• ​معايرة عداد الطاقة الفعالة/غير الفعالة:​​
• استخدام مصدر معياري لإخراج جهد وتيار معياري، مع التحكم في زاوية الطور بينهما.
• ​عداد الطاقة الفعالة:​​ ضبط الصفر للجهاز عند زاوية الطور φ=90° (cosφ=0)؛ ضبط المقياس الكامل عند φ=0° (cosφ=1)؛ التحقق من الخطية عند نقاط مثل φ=30°، 60°، وما إلى ذلك.
• ​عداد الطاقة غير الفعالة:​​ ضبط الصفر للجهاز عند زاوية الطور φ=0° (sinφ=0)؛ ضبط المقياس الكامل عند φ=90° (sinφ=1)؛ والتحقق من الخطية.
• ​معايرة عداد عامل القوة:​​ المعايرة عند فرق زاوية الطور 0° (عامل القوة=1.00) وزوايا محددة (مثل 140°) للتأكد من قيم العرض الدقيقة.