اتجاه تطوير تكنولوجيا تشخيص واختبار كابلات الطاقة

[ملخص] تخضع كابلات الطاقة، سواء كانت مثبتة على الآلات أو مدفونة تحت الأرض، لأعطال لا مفر منها بعد الاستخدام المطول، مما يعطل حياة المواطنين والشركات. يمكن أن تتسبب الأعطال الخطيرة في حرائق وحوادث خطيرة.

تخضع كابلات الطاقة، سواء كانت مثبتة على الآلات أو مدفونة تحت الأرض، لأعطال لا مفر منها بعد الاستخدام المطول، مما يعطل حياة المواطنين والشركات. يمكن أن تتسبب الأعطال الخطيرة في حرائق وحوادث خطيرة. كابلات الطاقة المدفونة مخفية للغاية، مما يجعل اكتشاف الأعطال وتحديد موقعها بدقة أمرًا صعبًا، مما يعيق صيانة الكابلات. نظرًا للدور الهام لكابلات الطاقة في المناطق الحضرية وخصائصها الفريدة، فقد جذبت تقنية اختبار تشخيص كابلات الطاقة اهتمامًا كبيرًا من المتخصصين في هذا المجال. 1. نظرة عامة على تقنيات اختبار تشخيص كابلات الطاقة
1.1 تقنيات الاختبار التقليدية
تُستخدم طريقة التراكب DC وطريقة مكون DC وطريقة فقد العزل الكهربائي TGδ على نطاق واسع كطرق اختبار تقليدية لكابلات الطاقة. في حين أنه لا يمكن إنكار قيمة تطبيقها بالكامل وأنها توفر مرجعًا لتشخيص أعطال الطاقة، إلا أن هذه التقنيات التقليدية غير مناسبة في النهاية لاختبار وتشخيص كابلات الطاقة ذات الجهد العالي جدًا، مما يحد بشكل كبير من نطاق تطبيقها.
1.2 تقنيات الاختبار الجديدة
① تقنية اختبار وصلات الكابلات
وجدت دراسة إحصائية لأعطال كابلات الطاقة أثناء التشغيل أن أكثر من 90٪ من أعطال الكابلات تحدث في وصلات الكابلات. يمكن أن يؤدي الحمل الزائد ومقاومة التلامس في كابلات الطاقة العاملة إلى ارتفاع درجة حرارة الوصلات، مما يؤدي إلى الشيخوخة السريعة والفشل. يوفر استخدام تقنية اختبار وصلات الكابلات لقياس درجة حرارة الوصلات وتحليلها بناءً على بيانات درجة حرارة الوصلات في الوقت الفعلي فهمًا أكثر شمولاً لحالة تشغيل كابل الطاقة، مما يتيح اتخاذ تدابير وقائية استباقية لتقليل احتمالية حدوث الأعطال.
② تقنية الاختبار عالية التردد
إذا تعرض كابل الطاقة لنبض تفريغ موضعي عالي التردد، فإن التقاط إشارة التفريغ الموضعي يتطلب زيادة تردد أخذ عينات أداة الاختبار لتقليل تلوث الضوضاء الخارجية. تستخدم تقنية الكشف عالية التردد مستشعرات تفريغ جزئي عريضة النطاق وطرق اقتران كهرومغناطيسي للكشف عن ظواهر التفريغ الجزئي في نطاق التردد من 10 كيلو هرتز إلى 28 ميجاهرتز بنتائج كشف مرضية.
③ تقنية الاقتران الكهرومغناطيسي
تربط هذه التقنية إشارة تيار التفريغ الجزئي لسلك تأريض كابل طاقة البولي إيثيلين المتشابك مع الخطين المذكورين أعلاه من خلال تفاعل حلقة قياس وخط اقتران كهرومغناطيسي. يؤدي هذا إلى تضخيم الإشارة المحلية والتحكم في تداخل الضوضاء.
2. تطوير وتطبيق تقنية اختبار تشخيص كابلات الطاقة
2.1 تقنية الكشف عبر الإنترنت
① تحويل الموجات الصغرى: تتطلب هذه التقنية استخدام المرشحات. اقترحت بعض الدراسات طريقتين لقياس مسافات الأعطال - الكشف من طرف واحد والكشف المتزامن من طرفين. استخدمت دراسات أخرى تحويلات الموجات الصغرى لتحديد المدى الموجي المتنقل من طرف واحد، وحل مشكلة الاختيار بين سرعة انتشار الموجة المتنقلة ووقت الوصول. أكدت الخبرة العملية الواسعة أن دقة تقنية تحديد المدى الموجي المتنقل من طرف واحد هذه تلبي تمامًا معايير تحديد موقع العطل بدقة في موقع العطل. استكشفت دراسات أخرى مراقبة أعطال الكابلات عبر الإنترنت وطرق قياس مسافة الكابلات الدقيقة، وتعمقت في قياس مسافة أعطال الكابلات باستخدام تقنية تحويل الموجات الصغرى. ② نظام الخبراء في الوقت الفعلي: تعالج هذه التقنية، التي تم تطويرها بناءً على خدمات الشبكة عن بُعد، تحديد موقع أعطال الكابلات. تشير الأبحاث إلى أن أنظمة الخبراء القائمة على حماية الترحيل يمكنها، من خلال التشخيص المتكامل للغة C، تحديد نوع العطل والتيار RMS لكابلات الطاقة، وتحديد موقع العطل في النهاية.
② الشبكة السببية: تتكون الشبكة السببية من العقد: الأعراض والأسباب الأولية والحالات والفرضيات. تمثل عقد الأعراض أعراض عقد الحالة، مثل إجراء وقائي يشير إلى تعثر قاطع الدائرة؛ تمثل الأسباب الأولية السبب الأولي لعطل الكابل؛ تمثل عقد الحالة حالة مجال معين، مثل عطل قاطع الدائرة؛ وتمثل الفرضيات فرضيات التشخيص لنظام البحث. قام بعض الباحثين بتوسيع نطاق الشبكة السببية، والاستفادة من مفهوم القيود الزمنية على معلومات الإنذار لإنشاء شبكة سببية زمنية جديدة وتطوير تقنية تشخيص أعطال كابلات الطاقة بناءً على هذه الشبكة.
2.2 تقنيات الكشف دون اتصال
① طريقة النبض منخفض الجهد: يتم إدخال إشارة نبض منخفضة الجهد في الكابل من خلال محطة اختبار. يسجل الجهاز الفرق الزمني (Δt (μs)) بين النبضة المرسلة والنبضة المنعكسة المستلمة في نقطة العطل، ثم يحسب مسافة العطل. إذا كانت سرعة انتشار الإشارة في كابل الطاقة هي v (m/μs)، فإن مسافة عطل الكابل l = v × Δt/2.
② طريقة جهد النبض: تستقبل هذه الطريقة إشارة نبض يتم إنشاؤها عن طريق تفريغ عند نقطة العطل. يتم استخدام معدات الجهد العالي للتسبب في تفريغ عند نقطة العطل في الكابل، مما يؤدي إلى توليد إشارة نبض. ثم يستقبل الجهاز إشارة التفريغ من نقطة العطل في نهاية الاختبار، ويتم حساب المسافة إلى نقطة العطل بناءً على الوقت الذي يستغرقه استقبال الإشارة. ومع ذلك، قد تشكل هذه الطريقة مخاطر على السلامة لأنها لا تعزل تمامًا التوصيل الكهربائي بين قسم الجهد العالي والمختبر.
③ طريقة التيار النبضي: تعمل هذه الطريقة بشكل مشابه لطريقة جهد النبض، ولكنها تستخدم مقرنًا للتيار، مما يعزل تمامًا قسم الجهد العالي، مما يضمن السلامة.
④ طريقة النبض الثانوية: هذه طريقة متقدمة للغاية لقياس مسافة العطل. المبدأ الفني هو تطبيق جهد عالٍ على الكابل المعيب، مما يؤدي إلى إنشاء قوس عالي الجهد. يؤدي هذا إلى إنشاء دائرة قصر منخفضة المقاومة، والتي يمكن بعد ذلك اكتشافها باستخدام طريقة النبض منخفضة الجهد.
2.3 تقنية تحديد موقع أعطال كابلات الطاقة
بمجرد قياس مسار ومسافة الكابل المعيب، يمكن تحديد الموقع التقريبي لنقطة العطل. ومع ذلك، لتحديد موقع العطل بدقة أكبر، يلزم وجود تقنية تحديد موقع العطل. ① تقنية الكشف الصوتي: يتم استخدام جهاز تفريغ لتوليد اهتزازات عند نقطة العطل. بمجرد وصول الاهتزازات إلى الأرض، يتم استخدام لاقط اهتزاز لتلقي الإشارة الصوتية من نقطة العطل، مما يسمح بتحديد الموقع المحدد للعطل. يمكن استخدام تقنية الكشف الصوتي لأي كشف عن أعطال الكابلات حيث تولد إشارة نبض عالية الجهد صوت تفريغ عند نقطة العطل.
② تقنية المزامنة الصوتية المغناطيسية: يؤدي التفريغ عند نقطة العطل في وقت واحد إلى توليد موجات صوتية وكهرومغناطيسية، مما يسمح بتحديد موقع العطل بدقة. يتم تطبيق إشارة نبض عالية الجهد على الكابل المعيب. أثناء التفريغ، يتم توليد كل من الإشارة الصوتية وإشارة المجال المغناطيسي النبضي عند نقطة العطل، ولكن هذه الإشارات تنتشر بسرعات مختلفة. يتم استخدام الحد الأدنى من فرق وقت الانتشار لتحديد موقع العطل.
③ تقنية الاستشعار الصوتي: يستخدم الفنيون آذانهم لتحديد قوة الإشارة الصوتية وتحديد موقع عطل الكابل في النهاية. يتم تطبيق إشارة تيار صوتي بتردد 1 كيلو هرتز أو تردد آخر بين مرحلتين من الكابل، أو بين الغلاف المعدني ومرحلة. يؤدي هذا إلى توليد إشارة كهرومغناطيسية صوتية، مما يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي قوي مباشرة فوق عطل دائرة مفتوحة قريب أو عطل دائرة قصر معدني، وبالتالي تحديد موقع العطل.