التركيز على الابتكار التكنولوجي للمفاعلات: التشخيص المبكر للأعطال في مفاعلات الهواء الجاف في ظل الجهد التوافقي وممارسات الحياد الكربوني

في عملية تحول نظام الطاقة نحو كفاءة عالية وانخفاض انبعاثات الكربون، تتولى المفاعلات، باعتبارها معدات أساسية أساسية، مسؤوليات رئيسية مثل الحد من تيار قصر الدائرة، وقمع التوافقيات، وتعويض القدرة التفاعلية. ويرتبط تشغيلها الآمن والمستقر ارتباطًا مباشرًا بكفاءة الشبكة وتحقيق أهداف الحياد الكربوني. تُستخدم مفاعلات النواة الهوائية الجافة على نطاق واسع في مختلف سيناريوهات الطاقة نظرًا لبنيتها المدمجة وتبديدها الجيد للحرارة، إلا أن أعطال قصر الدائرة المتكررة بين الدورات أصبحت مشكلة بارزة تحد من موثوقيتها. ونظرًا لعدم وضوح خصائص الأعطال المبكرة، بالإضافة إلى تأثير تقلبات الجهد التوافقي في نظام الطاقة، يصعب تحديد طرق التشخيص التقليدية بدقة، مما قد يؤدي بسهولة إلى عواقب وخيمة مثل احتراق المعدات وانقطاع التيار الكهربائي، مما يؤثر على آثار تصحيح معامل القدرة واستقرار إمدادات الطاقة منخفضة الكربون. تجمع هذه المقالة بين أحدث الأبحاث التقنية، وتوضح بالتفصيل نظام التشخيص المبكر للأعطال لمفاعلات النواة الهوائية الجافة مع مراعاة الجهد التوافقي، مما يساعد قطاع الطاقة على تحسين مستويات تشغيل وصيانة المعدات وترسيخ أسس الحياد الكربوني.

نقاط الضعف في تشغيل وصيانة المفاعل: صعوبة تحديد الأعطال مبكرًا وعوائق التداخل التوافقي

تُعدّ مفاعلات الهواء الجاف من النوع الجاف مكونات أساسية لتعويض القدرة التفاعلية والحوكمة التوافقية في أنظمة الطاقة، وتؤثر حالة تشغيلها بشكل مباشر على دقة تصحيح معامل القدرة. أثناء التشغيل طويل الأمد، وتحت تأثير القوة الدافعة الكهربائية الداخلية والبيئة الخارجية وعوامل أخرى، تكون العيوب الموضعية أكثر عرضة للظهور في عزل اللفات الداخلية للمفاعلات، والتي تتطور تدريجيًا إلى دوائر قصر قوسية مبكرة. إذا لم تُعالج في الوقت المناسب، فستتطور إلى دوائر قصر من نوع اندماج المعادن في المرحلة المتوسطة إلى المتأخرة، مما يؤدي في النهاية إلى احتراق المعدات.

يعتمد الكشف التقليدي عن أعطال المفاعلات بشكل أساسي على حماية المرحلات والفحص بالأشعة تحت الحمراء. تعتمد حماية المرحلات على عتبة تيار واحدة، إلا أن تغير التيار يكون ضئيلاً للغاية خلال قصر الدائرة المبكر بين الدورات في المفاعل. ومع تقلبات جهد الشبكة، غالبًا ما يستحيل الاستجابة في الوقت المناسب؛ إذ يقتصر دور الفحص بالأشعة تحت الحمراء على تحديد الأعطال في اللفات الخارجية. أما بالنسبة للأعطال المبكرة في اللفات الداخلية، فيصعب إصدار إنذار مبكر نظرًا لطبيعتها الطفيفة في درجة حرارة سطح المعدات. والأهم من ذلك، أن انتشار الفولتيات التوافقية في نظام الطاقة سيؤثر على مراقبة الخصائص الكهربائية للمفاعل، مما يؤدي إلى زيادة الإنذارات الكاذبة ومعدلات الإنذارات الفاشلة للأعطال، مما يؤثر بشكل خطير على فعالية تصحيح معامل القدرة، ويزيد بشكل غير مباشر من استهلاك طاقة الشبكة وانبعاثات الكربون.

تُشكل أعطال قصر الدائرة بين دورات المفاعلات أكثر من 60% من إجمالي أعطالها. ولا يقتصر انقطاع التيار الكهربائي الناتج عن هذه الأعطال على خسائر اقتصادية فادحة فحسب، بل يؤثر أيضًا على امتصاص الطاقة الجديدة بسبب انقطاع التيار الكهربائي، وهو ما يتعارض مع هدف الحياد الكربوني. لذلك، أصبح تجاوز مشكلة التداخل التوافقي والتشخيص الدقيق لأعطال المفاعلات المبكرة مشكلة تقنية ملحة ينبغي حلها في قطاع الطاقة.

اختراق تكنولوجي: مخططات تشخيصية مُستهدفة لفك شفرة الكشف المبكر عن أعطال المفاعلات

وفقًا لخصائص التشغيل المختلفة للمفاعلات المتسلسلة والمتوازية وبالاقتران مع قانون تأثير الجهد التوافقي، اقترح فريق البحث طرق تشخيص مبكرة متباينة للأخطاء لتحقيق تحديد فعال للأخطاء من خلال التقاط كميات الخصائص الأساسية بدقة.

المفاعلات المتسلسلة: طريقة تشخيص نسبة التوافقيات الحالية للقضاء على التداخل التوافقي

تُستخدم المفاعلات المتسلسلة غالبًا في فروع مكثفات تحويلية ثلاثية الطور، ويصعب قياس جهد طرفيها مباشرةً، مما يجعل طرق التشخيص التقليدية القائمة على مراقبة الجهد غير فعّالة. وقد أظهرت الدراسات أنه خلال قصر الدائرة الكهربية المبكر بين الدورات في المفاعل، والذي يكون على شكل قوس، تُظهِر مقاومة القوس تغيرات غير خطية ودورية، مما يُسبب تغيرات كبيرة في محتوى التوافقيات الحالية، ولا يتأثر هذا التغير بجهد التوافقيات.

من خلال إنشاء نموذج محاكاة لمفاعلات متسلسلة مع مراعاة الجهد التوافقي وتحليل الخصائص الكهربائية في ظروف تشغيل مختلفة، يتضح أنه خلال التشغيل العادي والأعطال المبكرة، يكون معدل تغير سعة تيار المفاعل أقل من 1%، وهو ما يصعب تمييزه؛ إلا أن الفرق في معدل التشوه التوافقي الكلي (THDi) للتيار واضح، حيث يبلغ معدل التغير 87.39% تحت جهد تردد القدرة و25.31% تحت الجهد التوافقي المتراكب مع تردد القدرة. بناءً على ذلك، تُقترح "طريقة تشخيص نسبة التوافقيات الحالية": من خلال حساب محتوى التوافقيات لتيار المفاعل آنيًا ومقارنته بقيمة الحساب النظرية في ظروف التشغيل العادية، يتم التخلص من تأثير تقلبات الجهد التوافقي، ويتم تحديد الأعطال المبكرة بدقة. يمكن لهذه الطريقة أن تُحسّن بشكل كبير من دقة التحديد المبكر للأعطال في مفاعلات المتسلسلة، وتتجنب بفعالية مشكلة انخفاض معامل القدرة الناتج عن أعطال المعدات.

المفاعلات المتوازية: طريقة تشخيص نسبة القدرة النشطة لتحديد الأعطال المستقرة

تتصل المفاعلات المتوازية مباشرةً بين ناقل الجهد العالي والأرض، ويكون جهد طرفيها مساويًا لجهد الناقل، مما يتيح تشخيص الأعطال من خلال مراقبة الطاقة. وقد أظهرت الدراسات أنه خلال قصر الدائرة المبكر بين دورات المفاعل، يُستحث تيار هائل في الدورة التي تعرضت للقصر. ووفقًا لمعادلة حساب القدرة الفعالة، حتى لو كانت مقاومة الدورة التي تعرضت للقصر صغيرة، فإنها ستؤدي إلى زيادة كبيرة في القدرة الفعالة للمعدات، ويتأثر هذا التغيير بشكل طفيف بالجهد التوافقي.

يُظهر تحليل المحاكاة أنه أثناء التشغيل العادي وقصر الدائرة المبكر بين الدورات للمفاعلات المتوازية، لا تكون الاختلافات في سعة التيار ومحتوى التوافقيات واضحة، مما يُصعّب استخدامها كأساس لتحديد الأعطال؛ إلا أن القدرة الفعالة تُظهر فرقًا كبيرًا في ظرفي التشغيل، ويبقى هذا الفرق مستقرًا في بيئة الجهد التوافقي. يمكن لـ"طريقة تشخيص نسبة القدرة الفعالة" المُصممة بناءً على ذلك تحديد الأعطال المبكرة بسرعة من خلال مقارنة القدرة الفعالة الآنية للمفاعل بالقيمة المرجعية في ظروف التشغيل العادية، دون تعويض إضافي للتداخل التوافقي، وهي سهلة التشغيل وموثوقة للغاية. يُظهر التحقق التجريبي أن هذه الطريقة قادرة على التقاط إشارات الأعطال المبكرة للمفاعلات المتوازية بدقة، وتلبي احتياجات التطبيقات الهندسية.

تم التحقق من صحة طريقتي التشخيص من خلال بناء منصات اختبار فيزيائية، باستخدام بيانات جهد الشبكة التوافقية الحقيقية كإثارة لمحاكاة الوضع الطبيعي للمفاعل، والعطل المبكر، وظروف العمل الأخرى. تتوافق نتائج الاختبار مع استنتاجات المحاكاة، مما يثبت فعالية الطريقتين وقابليتهما للتطبيق الهندسي.

القيمة العملية: تمكين التشغيل والصيانة منخفضة الكربون لمساعدة المفاعلات على دعم الحياد الكربوني

إن طريقة التشخيص المبكر للأخطاء في مفاعلات الهواء الجاف مع الأخذ بعين الاعتبار الفولتيات التوافقية لا تحل نقاط الألم التشخيصية للتقنيات التقليدية فحسب، بل لها أيضًا أهمية عملية مهمة في مجالات تحسين معامل القدرة والحياد الكربوني.

من منظور تشغيل المعدات وصيانتها، تحقق هذه الطريقة "الكشف المبكر والتخلص المبكر" من أعطال المفاعل المبكرة، مما يمكن أن يقضي على الأعطال في مهدها، ويقلل من تكاليف صيانة المعدات وتكرار الاستبدال، ويطيل عمر خدمة المفاعلات، ويقلل من استهلاك الموارد وانبعاثات الكربون الناجمة عن تحديثات المعدات.

من منظور كفاءة الشبكة، يضمن التشغيل المستقر للمفاعلات دقة تعويض القدرة التفاعلية، ويحسّن معامل القدرة، ويقلل من خسائر الشبكة. ويُسهم تحسين معامل القدرة في تقليل هدر الطاقة أثناء نقل الطاقة، وهو ما يُعادل خفض استهلاك الطاقة الأحفورية، وبالتالي خفض انبعاثات الكربون بشكل غير مباشر. وفي الوقت نفسه، يُجنّب هذا الأمر التخلي عن توليد الطاقة الجديدة بسبب أعطال المفاعلات، ويضمن سلاسة توصيل الشبكة وامتصاص طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وغيرها من مصادر الطاقة النظيفة، ويُوفّر ضمانًا للمعدات لتحقيق أهداف الحياد الكربوني.

في السيناريوهات الصناعية، يُمكن تطبيق هذه الطريقة التشخيصية على نطاق واسع في تشغيل وصيانة المفاعلات في محطات الطاقة الفرعية، ومحطات الطاقة الجديدة، وأنظمة توزيع الطاقة الصناعية، وغيرها من السيناريوهات، وهي مناسبة بشكل خاص لبيئات التشغيل عالية التوافقيات والأحمال العالية. فهي تُساعد الشركات على خفض تكاليف الكهرباء، وتحسين مستويات الإنتاج الأخضر، وتعزيز التحول الصناعي منخفض الكربون.

الاستنتاج: الابتكار التكنولوجي للمفاعلات يدفع التحول نحو استخدام كميات منخفضة من الكربون في صناعة الطاقة

باعتبارها "مثبتًا" و"موفرًا للطاقة" في نظام الطاقة، يُعدّ التشغيل الموثوق لمفاعلات النواة الهوائية الجافة عاملًا أساسيًا لتحسين معامل القدرة وتقليل انبعاثات الكربون. تُحلّ طريقة التشخيص المبكر للأعطال، مع مراعاة الفولتية التوافقية، بنجاح مشاكل التشخيص التي تواجهها التقنيات التقليدية من خلال التحديد الدقيق لكميات خصائص النواة، مثل نسبة التوافقيات الحالية ونسبة القدرة النشطة، مما يوفر حلاً فعالًا لتشغيل المفاعل وصيانته.

في المستقبل، ومع التكامل العميق للذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة وتشغيل وصيانة معدات الطاقة، سيتطور تشخيص أعطال المفاعلات نحو الذكاء الاصطناعي والتطبيع. ومن خلال بناء نظام مراقبة شامل لدورة الحياة، والجمع بين أساليب التشخيص المقترحة في هذه المقالة، يمكن تحقيق إدارة حلقة مغلقة للإنذار المبكر بأعطال المفاعلات، وتحليل الاتجاهات، والتخلص منها بدقة، مما يُحسّن كفاءة تشغيل الشبكة بشكل أكبر.

يُعد قطاع الطاقة مجالاً رئيسياً لتحقيق الحياد الكربوني. سيُعطي الابتكار التكنولوجي وكفاءة تشغيل وصيانة المعدات الأساسية، مثل المفاعلات، زخماً مستداماً لبناء شبكات الطاقة منخفضة الكربون. ومن المتوقع أن يشارك المزيد من الشركات ومؤسسات البحث العلمي في أبحاث وتطوير تكنولوجيا المفاعلات، ويعزز تحسين أداء المعدات وابتكار نماذج التشغيل والصيانة، ويساعد قطاع الطاقة بشكل مشترك على تحقيق التحول الأخضر والمساهمة في تحقيق هدف الحياد الكربوني العالمي.

في هينجرونج للكهرباء، ندرك أهمية كل تفصيل في التحكم بالطاقة. من تصميم المنتجات المتطور إلى حلول الترشيح المبتكرة، نلتزم بتقديم تقنيات موثوقة وفعالة وجاهزة للمستقبل. باختيارك هينجرونج، ستحصل على أكثر من مجرد منتجات، بل ستحصل على شريك موثوق ملتزم بمساعدة أعمالك على تحقيق عمليات أكثر ذكاءً وأمانًا وصديقة للبيئة.

www.hengrong-electric.com