تطبيق نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي في المعدات الكهربائية عالية الجهد في مناجم الفحم

الهاتف: +86 18702111813 البريد الإلكتروني: shelly@acrel.cn

شركة أكريلي المحدودة

خلاصة:مع التطور المستمر للاقتصاد الاجتماعي، يتجه نظام الطاقة نحو الجهد العالي والسعة العالية. وتظهر تقنيات ومعدات جديدة لنظام الطاقة باستمرار، وتتحسن سعة نقل الطاقة باستمرار. ومع ذلك، فإن حمل الطاقة عالي الجهد الذي تحمله المعدات الكهربائية عالية الجهد يجعل ارتفاع درجة حرارتها أيضًا سببًا يهدد استقرار شبكة الكهرباء. أصبحت درجة حرارة المعدات معيارًا مهمًا لاستقرار تشغيل معدات نقل الطاقة في شبكة الكهرباء الحالية. بناءً على أسباب ارتفاع درجة حرارة المعدات الكهربائية عالية الجهد، تُحلل هذه المقالة بنية وتطبيق نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي، وتُحلل مزايا وعيوب تطبيقه، وتُقدم أمثلة تطبيقية تُشكل مرجعًا لاستقرار تشغيل وتطوير نظام الطاقة في بلدنا.

الكلمة المفتاحية:نظام قياس درجة الحرارة لاسلكيًا؛ المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي؛ المزايا والعيوب

تحتوي المعدات الكهربائية عالية الجهد في نظام الطاقة في بلدنا على مجموعة متنوعة من نقاط التوصيل، مثل وصلات التبديل المعزولة وعقد قضبان التوصيل وما إلى ذلك. بسبب مشاكل الجودة في عملية التصنيع أو السلامة، ستواجه العديد من الأجهزة مشاكل في الاتصال الضعيف وستتولد مقاومة كبيرة أثناء الاستخدام، مما يؤدي إلى مشاكل ارتفاع درجة الحرارة.

1. أسباب ارتفاع درجة حرارة المعدات الكهربائية عالية الجهد

تطبيق نظام قياس درجة الحرارة لا ينفصل عن تحليل سبب مشكلة ارتفاع درجة الحرارة. أولًا، مشاكل جودة وتركيب المعدات الكهربائية عالية الجهد نفسها، وخاصةً عند مفاصل براغي المعدات. يؤثر توافق نقاط التوصيل مع المعايير، ومدى إحكامها، على قوة المقاومة. ستواجه العديد من توصيلات المعدات مشاكل غير متساوية وخشنة أثناء التركيب. سيؤدي عدم الطحن الكافي أيضًا إلى زيادة المقاومة وضعف التلامس، مما يؤثر على استخدام المعدات ويجعل مشكلة ارتفاع درجة الحرارة واضحة. ثانيًا، سيؤدي عدم مراعاة الحماية أثناء نقل المعدات الكهربائية عالية الجهد إلى حدوث نتوءات، مما يؤدي إلى تشوه نقاط التوصيل أو الأجزاء الرئيسية، وبالتالي ضعف التلامس. ثالثًا، يكون السطح المعدني للمعدات الكهربائية عالية الجهد نفسه عرضة للتآكل أو تفاعلات الأكسدة، وستؤثر أي مشاكل على سطح المعدات أيضًا على تلامسها. تؤدي بيئة العمل السيئة لبعض المعدات الكهربائية، مثل ارتفاع درجة الحرارة والأمطار والثلوج والرياح القوية، إلى تسريع شيخوخة المعدات نفسها، مما يتسبب في مشاكل خطيرة تتعلق بارتفاع درجة الحرارة. رابعًا، تؤثر العوامل الخارجية على ضعف الاتصال عند توصيل المعدات. العديد من مواقع تشغيل المعدات معقدة نسبيًا، كما أن الروابط المختلفة مثل تركيب المعدات واستخدامها وصيانتها معرضة أيضًا للأخطاء، مما يؤدي إلى ضعف اتصال العديد من موصلات الكابلات ومفاتيح العزل، ومشاكل خطيرة تتعلق بارتفاع درجة الحرارة. خامسًا، تتعرض المعدات لضغط حمل مرتفع لفترة طويلة. تحمل المعدات الكهربائية عالية الجهد نفسها نقل وتطبيق الكهرباء عالية الجهد. بمجرد أن يصبح التيار كبيرًا جدًا ويتجاوز قدرة تحمل المعدات، إلى جانب التأثير الحراري للتيار نفسه، سترتفع درجة حرارة المعدات بسرعة.

أثناء التشغيل الفعلي للمعدات، تحدث المشاكل الخمس المذكورة أعلاه في مفاصل قواطع الدائرة، وموصلات الفصل، ومفاصل الكابلات، والبطانات، وقضبان التوصيل، وغيرها. هذه المناطق تعاني من العديد من الأعطال، وهي عرضة لمشاكل ارتفاع درجة الحرارة. في عمليات الفحص والصيانة اليومية، يجب على الموظفين التركيز على الفحص والصيانة. أثناء فحص المعدات، لا يقتصر قياس درجة حرارة الجهاز على فهم حالة الجهاز أثناء الاستخدام فحسب، بل يكشف أيضًا في الوقت المناسب عن الحرارة الزائدة الناتجة عن ضعف الاتصال أو الحمل الزائد. في حالة الشحن، وبسبب تأثير التيار والحرارة، من الطبيعي أن تكون درجة الحرارة الداخلية أعلى من درجة الحرارة الخارجية، ولكن يجب مراقبة تغير الحرارة الناتج عن عطل في الجهاز نفسه أو الحمل الزائد عن كثب. ستؤدي مشكلة ارتفاع درجة الحرارة هذه إلى تفاقم شيخوخة المعدات، مما يقلل من عمرها الافتراضي، وقد يؤدي إلى احتراقها. لذلك، من الضروري للغاية تطبيق نظام قياس درجة الحرارة على المعدات الكهربائية عالية الجهد.

في الصين، تُعدّ طريقة عرض درجة الحرارة باستخدام رقاقة الشمع، وطريقة قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، وطريقة قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية، ونظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي من أكثر طرق قياس درجة الحرارة استخدامًا. يتم تشغيل كل من طريقة عرض درجة الحرارة ومقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء يدويًا، ولا يمكن جمع البيانات آنيًا. يتيح قياس الألياف الضوئية الحصول على نتائج قياس آنية. ومع ذلك، في حالة الجهد العالي والمنخفض، لا يمكنها عزل العوامل البيئية تمامًا، ولا تلبي متطلبات مواصفات الأجهزة الكهربائية لأجهزة الجهد العالي. علاوة على ذلك، عند تركيبها في الخزانة، توجد أيضًا عقبات كبيرة أمام تركيبها بسبب مشاكل مثل عدم قدرة الألياف الضوئية على مقاومة درجات الحرارة العالية وصعوبة توصيل الأسلاك. تعتمد تقنية قياس درجة الحرارة اللاسلكية الحالية بشكل أساسي على وضع الإرسال اللاسلكي الحالي للتغلب على مشاكل توصيل وتوصيل الحلقات الأولية والثانوية، مما يُحسّن من سلامة استخدام الطاقة عالية الجهد.

2. تحليل هيكل نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي وتطبيق المعدات

يمكن تقسيم تركيب نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي إلى مستشعر درجة الحرارة، ووحدة عرض وتحليل نتائج مراقبة درجة الحرارة، بالإضافة إلى مكونات النظام المادية والبرمجية. يُوضّح الشكل 1 في هيكل نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي لمعدات الطاقة عالية الجهد، عادةً، تركيب مستشعرات درجة الحرارة عند تقاطعات خزائن المفاتيح، ومفاصل الكابلات، والصمامات، وغيرها. ولضمان دقة القياس، يُوضع المستشعر عادةً في نفس موضع جهد جهاز الاختبار، ثم تُرسَل الإشارة المُجمّعة وتُعرَض لاسلكيًا. ولضمان سلامة قياس درجة الحرارة، تُعزل أجزاء العمل عالية ومنخفضة الجهد لمنع التسرب والحوادث الأخرى. عادةً، تُزوَّد الأسطح الخارجية لمعدات العمل بقنوات متعددة للمراقبة الفورية ومعالجة بيانات مواقع متعددة. ثم تُرسَل البيانات المُستقبِلة إلى الحاسوب عبر المنفذ التسلسلي أو المتوازي، ويُحلَّل ويُعالَج بواسطة برنامج مُبرمج مُسبقًا.

الشكل 1 رسم تخطيطي لهيكل نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي لمعدات الطاقة عالية الجهد

2.1 مستشعر درجة الحرارة

وظيفة مستشعر درجة الحرارة هي تحويل إشارة درجة الحرارة إلى إشارة كهربائية. عادةً ما يُستخدم مقياس الحرارة المزدوج Pt100، وتصل دقة قياسه إلى 0.1 درجة مئوية. يمكن أيضًا استخدام مستشعر تيار مصغر ذو تدفق صفري، والذي يتميز أيضًا بقيمة تطبيقية عالية. من الناحية الفنية، يختار المستشعر المغناطيسي مادة بيرمالوي منخفضة الخسارة كنواة حديدية، ويستخدم تقنية ضغط سلبي خاصة ووسائل حماية لتحقيق تعويض تلقائي للنواة الحديدية، بحيث تكون في حالة عمل مثالية بتدفق مغناطيسي صفري. بالإضافة إلى جهاز قياس درجة الحرارة، يتضمن مستشعر درجة الحرارة اللاسلكي أيضًا مصدر طاقة، ودائرة قياس، ودائرة تحكم منطقية، ودائرة اتصالات لاسلكية بتردد محدد. للتكيف مع ظروف العمل العالية، يتم تعبئته عادةً في أنابيب قابلة للانكماش الحراري عالية الضغط ودرجة الحرارة، ويتميز بخصائص مقاومة للماء والغبار لضمان الاستخدام طويل الأمد. نظرًا لصغر مساحة عمل أجهزة قياس درجة الحرارة اللاسلكية، يجب تقليل حجمها قدر الإمكان لتلبية ظروف العمل أثناء الاستخدام. عند استخدام مستشعر درجة الحرارة، يمكن استخدام سلك لصق مقاوم للحرارة أو تقنية لصق لدمج العنصر الحساس للحرارة مع سطح الجسم، ولكن يجب توخي الحذر للحفاظ عليه. يجب أن يكون لمستشعر درجة الحرارة اللاسلكي نطاق عمل خطي واسع. عادةً ما يتم اختيار عنصر استشعار درجة الحرارة بين -55 و130 درجة مئوية، ويُختار المستشعر وفقًا لمتطلبات دقة القياس وخطأ القياس في ظروف العمل المختلفة.

2.2 كاشف درجة الحرارة اللاسلكي

يحتوي نظام كاشف درجة الحرارة اللاسلكي على قنوات استقبال متعددة، تُمكّنه من معالجة وعرض نقاط قياس متعددة في الوقت الفعلي. يحتوي كاشف درجة الحرارة اللاسلكي على وظائف تقييم ومعالجة الأعطال. يُحدد الموظفون منطقة أمان مُسبقًا، وتُقارن المعلومات المُجمعة بالحد الأقصى المُحدد بواسطة كاشف درجة الحرارة اللاسلكي. في حال تجاوز درجة الحرارة الحد الأقصى، يدخل الجهاز إلى وحدة معالجة الأعطال ويُصدر نص تحذير، ويُصدر مجموعة من المستويات العالية والمنخفضة لبدء إشارة الإنذار والصوت. بالإضافة إلى وظائف الكشف والإنذار الأساسية، يتمتع كاشف درجة الحرارة اللاسلكي أيضًا بالقدرة على نقل المعلومات. يُمكن توصيله بجهاز كمبيوتر عبر خط بيانات أو شريحة اتصال تسلسلية/متوازية، ويُمكن للموظفين مراقبة مفاتيح متعددة وأجزاء تلامس في الوقت الفعلي، والتحكم في حالة تشغيلها، لاكتشاف مشاكل السلامة الموجودة في الوقت المناسب.

2.3 نظام مراقبة درجة الحرارة في الوقت الحقيقي

بالمقارنة مع الأجهزة المذكورة أعلاه، مثل المستشعرات والكاشفات، فإن نظام مراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي أكثر ميلاً إلى نظام البرمجيات في نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي. يجمع نظام مراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي بين تشغيل أجهزة قياس درجة الحرارة اللاسلكية، ومعالجة البيانات، وجمع الإشارات، ووظائف أخرى. يتواصل النظام مع الموظفين عبر واجهة العميل، ويحمّل التعليمات ويصدرها. ولتوفير الجهد المبذول من قبل المشغلين، طوّر الفنيون نظام مراقبة درجة حرارة في الوقت الفعلي يفي بالوصف المذكور أعلاه، وذلك لتحليل ومعالجة نتائج قياس درجة حرارة الأجهزة. يتميز نظام مراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي بوظائف عرض درجة الحرارة، وتخزين البيانات، وتحليل البيانات التاريخية ومقارنتها، والتحذير من الأعطال، وتحليل حالة تشغيل المعدات، وغيرها، ويمكنه دمج وظائف الأجهزة وتكميلها. عند تصميم نظام مراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي، يمكن استخدام بعض أساليب التصميم المعيارية لأعمال معالجة البيانات الزائدة، حيث تُفكّك كل وحدة نمطية حسب وظيفتها، وتُخزّن البيانات وتُعالج حسب الفئة. بفضل طريقة التصميم المعيارية هذه، يتمتع نظام مراقبة درجة الحرارة الآني بقابلية تطبيق وسلامة أعلى. كما يُساعد هذا النظام الفنيين على جمع واستخراج ومقارنة وتحليل كميات كبيرة من البيانات، ويُمكنه الإبلاغ عن مختلف الحالات غير الطبيعية فورًا وفقًا لدرجات حرارة المعدات المختلفة، مما يضمن التشغيل الطبيعي للأجهزة المختلفة. كما يتميز النظام بأداء رياضي وتصوري ممتاز، ما يسمح بعرض بيانات فترة زمنية محددة على شكل مخطط بياني، وتسجيلها لتسهيل الصيانة اللاحقة.

3. مزايا وعيوب نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي المطبق على المعدات الكهربائية عالية الجهد

3.1 المزايا التقنية لنظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي المطبق في المعدات الكهربائية

مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، خضعت أنظمة قياس درجة الحرارة اللاسلكية للعديد من التحسينات والتحديثات، مما أدى إلى تعزيز أدائها ودقتها. يتطلب تصميم الطاقة الحالي أن تكون أنظمة قياس درجة الحرارة اللاسلكية أكثر دقة وفورية، وخاصةً للمعدات الكهربائية عالية الجهد. كما يتم تعديل نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي باستمرار مع تطبيق المعدات الكهربائية عالية الجهد. من حيث استقبال الإشارة، يوفر نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي تردد إشارة أعلى بناءً على خصائص المعدات الكهربائية عالية الجهد، مما يتميز بثبات جيد ومقاومة للعوامل الخارجية. تُستخدم تقنية الاتصالات اللاسلكية في نقل الإشارة، وهي بسيطة نسبيًا، ومنخفضة استهلاك الطاقة والتكلفة، ويمكن تحليلها ومعالجتها وفقًا للبيانات المستلمة، ويمكن مراقبة حالة عمل الجهاز فورًا دون التأثر بظروف الطقس. يمكن مراقبة درجة حرارة الجهاز فورًا لتجنب أي أخطاء في الكشف. في الوقت نفسه، يمكن ضبط إنذار درجة الحرارة الزائدة للجهاز وفقًا لاحتياجات المستخدم، ويمكن تذكير المشغل بموقع المعدات المحدد من خلال الصوت والإشارة.

3.2 عدم كفاية تطبيق نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي في المعدات الكهربائية

يُقلل قياس درجة حرارة المعدات الكهربائية عالية الجهد باستخدام نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي من كثافة أعمال التفتيش لمشغلي محطات التوزيع، ويُحسّن في الوقت نفسه من أداء السلامة للمعدات. ومع ذلك، هناك بعض العيوب في نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي في الاستخدام الفعلي. أولًا، يُعد نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي تقنية نشطة تتطلب بطارية مدمجة لتزويد الطاقة. عند نفاد شحن البطارية، يتوقف نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي تلقائيًا، ولا يتمكن العاملون من رؤية درجة حرارة الجهاز، ولا يمكنهم استعادة الاتصال إلا بفصل الخط لاستبدال البطارية. ونتيجةً لذلك، تزداد عمليات التبديل وانقطاعات التيار الكهربائي غير المخطط لها في محطة التوزيع بشكل كبير. لحل هذه المشكلة، يُمكن تحسين التقنية، واستبدال البطارية المدمجة بمصدر طاقة سلبي، واستخدام الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة عن تيار النقطة الثابتة كطاقة، مما يُحسّن من موثوقية النظام بأكمله. ثانيًا، غالبًا ما تفشل بعض مؤشرات التحكم في درجة حرارة جهاز تزويد الطاقة في التطبيقات العملية. تم الحكم مبدئيًا على أن بطارية مستشعر قياس درجة الحرارة اللاسلكي غير كافية. بعد انقطاع التيار الكهربائي واستبداله، لا تزال هذه المشكلة قائمة. في هذه الحالة، من الضروري تحديد موقع الجهاز، وتصحيح أخطاء تركيب جهاز الاستقبال، وتقصير المسافة بين نقطة قياس درجة الحرارة ونظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي، لتجنب هذه المشكلة. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لمستشعر درجة الحرارة اللاسلكي، المزود بتقنيته النشطة، استبدال البطارية. في حال اكتشاف نقص في البطارية، يجب استبدال المستشعر اللاسلكي. سيؤدي ذلك ليس فقط إلى زيادة تكلفة صيانة الجهاز، بل أيضًا إلى استهلاك موارده.

4. أمثلة تطبيقية لنظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي

بالمقارنة مع تكنولوجيا أنظمة قياس درجة الحرارة اللاسلكية الأجنبية، فإن تطوير تكنولوجيا قياس درجة الحرارة المحلية متأخر نسبيًا، ولكن بفضل الاهتمام المستمر للصناعة المحلية في السنوات الأخيرة، تحسن الاستثمار والقوى العاملة والموارد المادية في هذا المجال. في قطاع الطاقة، توجد العديد من أجهزة المعدات المساعدة، وخاصةً معدات مراقبة تشغيل الطاقة. أي أنه عند وصول خط الطاقة إلى حمل معين أو درجة حرارة عالية، سيوقف الجهاز إمداد الطاقة تلقائيًا لتجنب الحوادث. تُستخدم هذه المنتجات الجديدة العملية في الغالب في المعدات الكهربائية عالية الجهد، وتكون واجهاتها مثبتة مسبقًا ولا يمكن استبدالها. على الرغم من أنها ستقلل من توليد المقاومة إلى حد ما، إلا أنها قد تتسبب في حدوث أعطال بسبب الاستخدام طويل الأمد، مما سيزيد من مقاومة الجهاز نفسه ويزيد من الحرارة أثناء التشغيل. لذلك، من السهل أن تتسبب في حوادث السلامة لفترة طويلة، مما يعرض صحة الأفراد وممتلكاتهم للخطر. ردًا على هذا الوضع، قامت بعض الشركات المحلية بتطبيق تقنية قياس درجة الحرارة لاسلكيًا لإنتاج الطاقة. ومع شعبية هذه التقنية، أصبحت الآن تستخدم على نطاق واسع ليس فقط في صناعة الطاقة، ولكن أيضًا في الصناعات الأخرى التي تعاني من مشاكل ارتفاع درجة الحرارة.

5. سيناريوهات التطبيق

جهاز قياس درجة حرارة التلامس الكهربائي عبر الإنترنت مناسب لمراقبة درجة حرارة وصلات الكابلات في خزائن مفاتيح الجهد العالي والمنخفض، وقواطع الدائرة، ومفاتيح السكين، ورؤوس التوصيلات الوسيطة لكابلات الجهد العالي، والمحولات الجافة، ومعدات الجهد المنخفض والتيار العالي. يُمكّن هذا الجهاز من منع مخاطر السلامة المحتملة الناجمة عن مقاومة التلامس المفرطة والسخونة الناتجة عن الأكسدة والارتخاء والغبار وعوامل أخرى أثناء التشغيل، مما يُحسّن سلامة المعدات، ويعكس حالة تشغيلها بدقة وفي الوقت المناسب، ويُقلل من معدلات حوادث المعدات.

6. تكوين أجهزة النظام

7. الخاتمة

بفضل التطوير المستمر لأجهزة الاستشعار، واتصالات البيانات اللاسلكية، واستخراج البيانات، وغيرها من التقنيات، سيصبح نظام الرصد الفوري لدرجة حرارة الكهرباء عالية الجهد أكثر علمية. ومع تطبيق نظام قياس درجة الحرارة اللاسلكي وانتشاره، أصبح قطاع الطاقة في بلدنا أكثر استقرارًا وأمانًا، وقد ساهم تقدمه التكنولوجي في تنمية بلدنا.

مراجع:

[1] دليل تصميم وتطبيق شبكات الطاقة الصغيرة من Acrel Enterprise. الإصدار 2022.05

يتكون نظام مراقبة درجة الحرارة عبر الإنترنت بشكل أساسي من مستشعر درجة الحرارة ووحدة عرض/اكتساب درجة الحرارة في طبقة المعدات، وبوابة الحوسبة الحافة في طبقة الاتصالات، ومضيف نظام قياس درجة الحرارة في طبقة التحكم في المحطة لتحقيق مراقبة درجة الحرارة عبر الإنترنت للأجزاء الكهربائية الرئيسية لنظام تحويل وتوزيع الطاقة.