البحث عن مشاكل خطوط توزيع القدرة الكهربائية وصيانتها

أهمية الكشف عن مشاكل خطوط توزيع القدرة وصيانتها

تعد الكهرباء مؤشراً على وجود مجتمع مستدام لأنه يرتبط بالنمو الاقتصادي والعدالة الاجتماعية، بحيث  يعتمد عدد كبير من الأنشطة الاجتماعية والاقتصادية مثل الوظائف التي يتعين إنجازها في المكاتب والمنازل والمدارس والشركات والمصانع على الكهرباء بانتظام، كما أن الكهرباء ضرورة للإنسان، لذلك يعد خط الطاقة أحد المكونات الرئيسية للبنية التحتية الكهربائية.

كما تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية من مكان في الدولة إلى مكان آخر، كما تعد موثوقية خط الطاقة من المسؤوليات الأساسية لقطاع الطاقة بسبب مطلب ضمان الإمداد المستمر بالكهرباء للمستهلكين، مثل انقطاع التيار الكهربائي، وهو اضطراب في توصيل الكهرباء، حيث أن له عواقب اقتصادية مباشرة وغير مباشرة.

أيضاً تشمل التأثيرات المباشرة، على سبيل المثال لا الحصر تكاليف إعادة التشغيل وفقدان الإنتاج وتلف المعدات وتلف المواد الخام وتشمل التأثيرات غير المباشرة، كذلك تكلفة تأجيل الدخل وتراجع الحصة السوقية، ويؤثر انقطاع التيار الكهربائي أيضاً على المجتمع بسبب فقدان رفاهية المستهلك ووقت الفراغ ومخاطر الصحة والسلامة المهنية أو عدم الراحة في العمل بسبب عدم تشغيل الأجهزة، مثل المراوح الكهربائية ومكيفات الهواء.

كما يحدث “انقطاع التيار الكهربائي” في الغالب بسبب أعطال خط الكهرباء في نظام التوزيع، ووفقاً لدراسة أجراها معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI)، يعد الاتصال بالشجرة أحد الأسباب الرئيسية لأعطال خطوط الكهرباء، كما يعد تلف المعدات والظروف الجوية القاسية والتدخل الحيواني أو البشري من الأسباب الرئيسية الأخرى لأعطال خط الكهرباء.

ووفقًا لتقرير عام 2017م؛ فإن واحداً من كل خمسة أعطال في خطوط الكهرباء ناتج عن تساقط الأشجار أو الأشجار بالقرب من خطوط الكهرباء، وذلك وفقاً لتقرير صادر عن شركة (National Grid Corporation) في الفلبين (NGCP) في عام 2016م، لذلك فإن الخطأ من الخط إلى الأرض الناجم عن التعدي على أشجار الموز غير المقصوصة المزروعة على طول حق الطريق لخط التوزيع هو سبب رئيسي لانقطاع التيار الكهربائي.

الصيانة والمراقبة والتفتيش المستمرة لخطوط التوزيع

تمثل الصيانة والمراقبة والتفتيش المستمرة لخطوط الطاقة عمليات حيوية لتقليل تكرار انقطاع التيار الكهربائي، بحيث يمكن أن يمنع الاكتشاف المبكر للأعطال في معدات الطاقة حدوث أضرار جسيمة ومكلفة، كما أن السلوك اليدوي هو أحد الأساليب الممكنة لفحص خطوط التوزيع، وعلى سبيل المثال؛ فإنه غالباً ما يتم مسح خطوط الطاقة والبنى التحتية الكهربائية الأخرى في الفلبين وتفتيشها وصيانتها بواسطة عمال الخطوط الخطية أثناء الخدمة.

ومع ذلك؛ فإن التفتيش من قبل عمال الخط له عيوب، أولاً العملية كثيفة العمالة لأن هناك حاجة إلى عمال خطوط إضافية لمساعدة متسلقي العمود وثانياً إنه أمر خطير لأن الصعق الكهربائي يمكن أن يحدث في أي وقت، أما ثالثاً يستغرق تسيير الدوريات سيراً على الأقدام وقتاً طويلاً، كما أن توسيع الأعمدة لتغطية منطقة ما يستغرق وقتاً.

أخيراً يُمنع عمال السفن من القيام بدوريات فوق الحطام أو الأنقاض في حالة وقوع كارثة، وخلاف ذلك؛ فإن سلامتهم معرضة للخطر، وللتغلب على هذه القيود؛ فإنه يتم استخدام طائرة بدون طيار (UAV) والمعروفة باسم طائرة بدون طيار، وذلك لأداء المهمة، بحيث يمكن للطائرات بدون طيار أن تطير بالقرب من خطوط الطاقة، والتي لها فوائد عديدة مثل كونها طريقة مريحة ومرنة وغير مكلفة وآمنة للحصول على البيانات من نظام خط التوزيع الكهربائي.

تُستخدم معالجة الصور على نطاق واسع في الفحص الجوي، كما أن الدافع من التقنية المقترحة في هذه الدراسة هو أخذ المعرفة التي تم الحصول عليها في المهمة السابقة وتطبيقها على مشكلة مختلفة ولكنها ذات صلة، حيث صقل الباحثون نموذجاً تم اختباره مسبقاً من مشكلة اكتشاف حارات الطريق لاكتشاف خطوط الكهرباء.

كما يوضح الشكل التالي أن الأوزان من نموذج اكتشاف حارة الطريق مضبوطة جيداً لأداء سلس في مهمة أخرى ولكن ذات صلة، كما تمك الحصول على صور باستخدام كاميرا محمولة وطائرة بدون طيار داخل بيئة الجامعة لإثبات جدوى النهج المقترح، ولقد تم التحقق أيضاً من صحة الطريقة باستخدام مجموعتي بيانات متاحتين للجمهور، كما أن هناك مجموعة بيانات خط الطاقة لمشهد جبلي (PLDM) ومجموعة بيانات خط الطاقة للمشهد الحضري (PLDU).

الأساليب المستندة إلى خط التوزيع الكهربائي

“تحويل هوغ” هو تقنية التصوير الأكثر استخداماً للكشف عن الخطوط العامة، كذلك لقد كان مفيداً في العديد من التطبيقات الواقعية بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر ما يلي:

• أولاً: تحويل (Hough)، وهو أداة يدوية للكشف عن الرصيف الملموس ومساعدة الأشخاص المعاقين بصرياً على المشي في الأماكن العامة.

• ثانياً: أنها الطريقة الأساسية المستخدمة في الزراعة الدقيقة لاكتشاف صفوف المحاصيل وتوجيه الطائرات بدون طيار في رش انتقائي للمواد الكيميائية الزراعية في الحقل.

• ثالثاً: يعد أسرع بكثير من المسح النقطي في الكشف عن الأحرف المحاطة بالقطع الناقص في صور المستندات كبيرة الحجم.

• رابعاً: يكون قادر على اكتشاف الهياكل القريبة لرسم خرائط قوية للمعالم ذات الصلة لرسم خرائط السكك الحديدية عالية السرعة.

• خامساً: يمكن استخدامه للكشف عن ممرات الطرق وتتبعها لأنظمة التحذير من مغادرة المسار.

كما أن طرق المعرفة تتواجد مع قيود تحويل (Hough) في بيئة معقدة، بحيث ظهرت بدائل مختلفة من خلال الاستفادة من خصائص سياق خط الطاقة الكهربائية التالية:

• أولاً: تظهر خطوط الطاقة في مجموعات وتكون موازية لبعضها البعض.

• ثانياً: يتم توصيل خطوط الكهرباء بواسطة أعمدة الصرح، بحيث يجب الكشف عن أعمدة الصرح، والتي تعمل كدليل على الارتفاع، وذلك للتعرف على خطوط الكهرباء.

• ثالثاً: خطوط الطاقة هي خطوط متوازية مستقيمة عند عرضها على المستوى العلوي، وذلك بسبب هذا المساعد، بحيث ستوجد نقطتان متساويتان من الخط المستقيم عند محيط الدائرة، ونتيجة لذلك يعد البحث المستند إلى الدائرة طريقة مجدية لاكتشاف خطوط الطاقة.

• رابعاً: لن يكون لأي قطعة أثرية أخرى داخل إطار علوي كثافة عالية إلى جانب خطوط الطاقة، وذلك لأن الأجسام المعدنية تعكس معظم الإشعاع الكهرومغناطيسي في الطيف البصري.

طرق التعلم العميق

يتضمن النهج الأخير للكشف عن “خطوط الطاقة” تطوير شبكات عصبية عميقة، ومع ذلك؛ فإن عدم توفر مجموعة بيانات عامة كبيرة بما يكفي لخطوط الطاقة مع التعليقات التوضيحية على مستوى البكسل هو عيب في الأسلوب القائم على التعلم العميق، كما تم إنشاء نموذج قائم على “الشبكات التلافيفية” المتوسعة وتم تدريبه على الصور “التركيبية للأسلاك” المتولدة عن طريق (POV-Ray) وهو محرك تتبع الأشعة.

تم تدريب (LS-Net)، وهو كاشف مقطعي ذو خط طلقة واحدة سريع، باستخدام صور تركيبية لخطوط الطاقة التي تنتجها طريقة العرض القائمة على أساس مادي، كما قدمت الدراسة مجموعتي بيانات لصور خطوط الطاقة مأخوذة من مشاهد حضرية وجبلية في الصين بسبب نقص مجموعات بيانات خطوط الكهرباء في المجال العام، كما يتكون (PLDU) من (573) صورة، بينما يتكون (PLDM) من (287) صورة.