حل ذكي لمحول التيار في نظام المعلومات الجغرافية: نظام تنبيه مبكر للأعطال الميكانيكية استنادًا إلى الربط بين الاهتزاز والتيار

المشكلة الأساسية: في المناطق المعرضة للزلازل وفي محطات التحويل الجغرافية القديمة، تكون الهياكل الميكانيكية (مثل الأدوات الربطية، وأعمدة العزل) لمحولات التيار الكهربائي (CTs) عرضة للتلف بسبب الاهتزاز المستمر أو الصدمات المفاجئة. هذا يمكن أن يؤدي إلى أعطال خفية مثل تخفيف الشد، أو الانفصال، أو النقل، مما يؤدي في النهاية إلى تدهور العزل أو فشل مفاجئ لـ CTs، مما يهدد موثوقية الشبكة. طرق الفحص التقليدية المعتمدة على القطع الكهربائي غير فعالة و باهظة الثمن.

الحل المبتكر: يدمج رصد المعلمات الثنائية للاهتزاز والتيار، مستخدمًا محرك الذكاء الصناعي لتحقيق الإنذار المبكر والتشخيص الذكي للأعطال الميكانيكية لـ CTs.

تنفيذ التكنولوجيا الأساسية

1. الاستشعار التعاوني متعدد المعلمات:
• رصد الاهتزازات عالية التردد: نشر أجهزة قياس التسارع الكهروضوئية ذات النطاق الواسع (5Hz-10kHz) على المكونات الحرجة لـ CTs (الفرنجات، والأعمدة) لالتقاط الإشارات الاهتزازية البنائية غير الطبيعية الناتجة عن تخفيف الشد، أو نقل القطع، أو تدهور العزل، أو الاهتزازات الخارجية (الموجات الزلزالية).
• التقاط التيار العابر: استخدام ملفات روغوفسكي السلبية لمراقبة لا غازية وفي الوقت الحقيقي لويفات التيار الأولية لـ CTs أثناء تشغيل الدائرة. بالاشتراك مع إشارات تشغيل المقاطع، يتم تحديد الأحداث المرتبطة بالتشغيل بدقة وتحليل خصائص التيار العابر وتأثيراته على الهيكل الميكانيكي لـ CTs.
2. محرك التشخيص الذكي القائم على الذكاء الصناعي:
• يعتمد على وحدة حساب الحافة المتينة (مقاومة للحرارة والصدمات) مثبتة محلياً على الجهاز لمعالجة البيانات الزمنية للاهتزازات وويفات التيار في الوقت الحقيقي.
• تعتمد العملية الرئيسية على نموذج التشخيص الذكي الخاص 1D-CNN (شبكة العصبونات المحددة الأبعاد):
• المدخلات: الخصائص الزمنية-الترددية لتسارع الاهتزازات (تحليل FFT) + خصائص ويفات التيار العابر.
• المخرجات: تحديد دقيق لأنماط الأعطال الميكانيكية النموذجية ("تخفيف شد البراغي"، "نقل دعامة العزل"، "الرنين الميكانيكي") بنسبة دقة 92%.
• يتمتع بقدرة "التعلم التكيفي" لتكييف نفسه مع خصائص الهياكل المختلفة لـ CTs والتغيرات في الاهتزازات الخلفية عبر مختلف المحطات.
3. الإنذار المحلي والاتصال بكفاءة:
• آلية الإنذار المتدرجة: عند اكتشاف توقيعات الأعطال المشبوهة، يقوم محرك الحافة بإنتاج إشارات إنذار/تحذير فورية (مثل: تحذير، خطير، حرجة).
• النقل اللاسلكي المبسط: نقل مشفر للإشارات الرئيسية للإنذار (وليس البيانات الأولية) إلى منصة HMI المحلية للمحطة عبر تقنية LoRa LPWAN، مما يقلل بشكل كبير من حمل الاتصال والتأخير.
• عرض HMI المحلي: عرض بناء على الخريطة في الوقت الحقيقي يظهر رقم CT المعيب، نوع العطل، مستوى الإنذار، والأعمال الموصى بها.

سيناريوهات التطبيق المستهدفة

1. محطات التحويل الجغرافية في المناطق ذات الزلازل العالية:
• إنذار مبكر لنقل CTs أو تلف الهيكل الناتج عن الزلازل الثانوية، مما يمنع الأعطال الثانوية.
• مراقبة مستمرة للتلف المزمن للتجهيزات بسبب النشاط الجيولوجي الطويل الأمد.
2. تجديد وترقية محطات التحويل الجغرافية القديمة:
• النشر بدون قطع الكهرباء: تركيب بسيط للحساسات دون الحاجة إلى تعديل هيكل الغرفة الغازية، مما يضمن سلامة الغلق. مناسب بشكل خاص للمحطات القديمة ذات النوافذ الزمنية المحدودة للقطع الكهربائي.
• تجديد تدرجي ذو كفاءة تكلفة: يستفيد من التكنولوجيا اللاسلكية والحسبة الحافة، مما يلغي الحاجة إلى الكابلات الواسعة أو الأنظمة الخلفية الجديدة، مما يؤدي إلى عائد استثمار مرتفع للتجديد.
3. محطات التوزيع المركزية ذات الحمل العالي: منع مخاطر التشغيل الخاطئ أو الفشل لنظام الحماية والانقطاعات الكبيرة الناجمة عن فشل مفاجئ لـ CTs.

القيمة الأساسية والمزايا

• إنذار مبكر للمخاطر الكبرى: يتنبأ بفعالية بالأعطال الميكانيكية النموذجية قبل 7 أيام أو أكثر، مما يوفر وقتًا كافيًا للتدخل الاستباقي.
• تخفيض كبير في الانقطاعات غير المخططة: يخفض الانقطاعات غير المخططة الناجمة عن فشل مفاجئ لـ CTs بمقدار أكثر من 60%، مما يعزز بشكل كبير توافر الشبكة ورضا العملاء.
• مزايا ثنائية السلامة والتكلفة: يمنع أخطاء نظام الحماية، وأعطال القوس الكهربائي، وتلف المعدات المتتابع داخل المحطة الناتج عن فشل CTs.
• نمط جديد للصيانة الذكية: يتحول من "الصيانة الدورية" إلى "الصيانة التنبؤية"، مما يحسن بشكل كبير إدارة قطع الغيار وتخطيط القوى العاملة.
• تصميم مناسب للمناطق ذات الزلازل القوية: أجهزة استشعار سلبية + حسبة حافة + نقل لاسلكي - بدون كابلات طويلة، مقاومة للزلازل القوية.
• تكلفة مثلى لتجديد المحطات القديمة: حل خفيف الوزن، مستقل عن أنظمة مراقبة المحطات الكبيرة؛ يضمن نشرًا سريعًا وإعادة تغطية سريعة.