اقرأ في هذا المقال
- أهمية تقييم موثوقية نظام القدرة الكهربائية وتتطور الصيانة
- التدرج في نطاق صيانة البنية التحتية للشبكات الكهربائية
في العقدين الماضيين، زاد عدد استراتيجيات التخطيط لصيانة أنظمة الطاقة بشكل كبير. ومع استمرار نمو الاعتماد المجتمعي على البنية التحتية لنظام الطاقة؛ فقد ظهرت هناك حاجة متزايدة لتحديد أفضل الممارسات في مجال تخطيط صيانة نظام الطاقة لضمان استمرار التشغيل الموثوق للشبكة الكهربائية.
أهمية تقييم موثوقية نظام القدرة الكهربائية وتتطور الصيانة
على مدى نصف القرن الماضي، تطورت أنظمة الطاقة بشكل كبير في جميع أنحاء العالم، كما وخلقت مساراً للتنمية الصناعية، ومع نمو الشبكة الكهربائية؛ فإنه يجب على المشغلين العمل على الحفاظ على موثوقية الشبكة مع تقدم عمر المكونات، بحيث يتم تعريف مصطلح “الموثوقية” من قبل (IEEE) على أنه “احتمال أن يؤدي النظام وظائفه المقصودة دون فشل ضمن معايير التصميم.
وفي ظل ظروف تشغيل محددة، ولفترة زمنية محددة”؛ فإنه يمكن قياس الموثوقية باستخدام الطرق التحليلية أو الاحتمالية، والتي تستند إلى السجلات التشغيلية لمكونات أنظمة الطاقة، وبعد ذلك؛ فغنه يبقى من الممكن تقدير حالات الفشل المستقبلية التي يمكن تجنبها من خلال اتخاذ إجراءات وقائية.
كما أن ميزة أخرى توفرها هذه الأساليب تكمن في تقييم أداء المكونات التاريخية ومحاكاة السلوك السابق، بحيث يمكن استخدام تقييم الموثوقية هذا لتحليل الحالة التشغيلية لأحد المكونات في الماضي أو المستقبل، بحيث يرد توضيح لعملية تقييم الموثوقية في الشكل التالي (1).
علاقة موثوقية النظام الكهربائي بتلبية الطلب على الطاقة
في مجال أنظمة الطاقة، تشير الموثوقية إلى القدرة على تقديم خدمة مستمرة والقدرة على تلبية الطلب على الكهرباء، بحيث يتكون تقييم الموثوقية لأنظمة الطاقة الحديثة من فئتين رئيسيتين، وهما الكفاءة والأمان، بحيث تشير الكفاءة إلى وجود مرافق كافية لتوفير طلب الحمل في نظام الطاقة عندما يخرج أحد المكونات أو أكثر من الخدمة بسبب أحداث فشل مفاجئة.
كما تنقسم دراسات كفاية نظام الطاقة أيضاً إلى ثلاثة مستويات هرمية كما هو موضح في الجدول التالي (1)، كما يشير الأمان إلى قدرة نظام الطاقة على التعامل مع الاضطرابات المفاجئة، لذلك يقيس الأمان قدرة النظام على الاستجابة عندما يعمل النظام في ظل أحداث عدم استقرار ثابتة أو ديناميكية أو حتى في ظل ظروف الهجمات الإلكترونية، كما يتم وصف كل مخطط أمان في الجدول التالي (2).
ومن أجل فهم أفضل؛ فإنه يقدم الشكل التالي (2) ملخصاً تصويرياً لتصنيف تقييم موثوقية نظام الطاقة.
ولتعزيز موثوقية النظام وزيادة العمر الإنتاجي للمعدات الصناعية، ومع تقليل التكلفة؛ فإنه يتم استخدام استراتيجيات الصيانة، ومع ذلك لم تكن إجراءات الصيانة دائمًا بنفس الأهمية كما هي في الأوقات الحالية منذ تطور مفهوم الصيانة، بحيث يعرض الشكل التالي (3) هذا التطور.
التدرج في نطاق صيانة البنية التحتية للشبكات الكهربائية
ظهر مفهوم الصيانة لأول مرة خلال الثورة الصناعية الأولى (بين 1760-1870) في إنجلترا، وفي ذلك الوقت اعتبرت الصيانة نوعاُ من “إعادة العمل الضرورية” ذات الصلة المنخفضة بالصناعة، كما وتتألف من مخططات الصيانة التصحيحية (CM)، بحيث يركز (CM) على تحديد وعزل وتصحيح الخطأ بحيث يمكن استعادة المكون الفاشل إلى حالة تشغيلية ضمن التفاوتات أو الحدود الموضوعة للعمليات أثناء الخدمة.
كما يتم تنفيذ (CM) بعد اكتشاف الفشل ويهدف إلى استعادة الأصل إلى حالة يمكنه فيها أداء وظيفته المقصودة، بحيث يتمثل النقص الرئيسي في (CM) في أنه في بعض الظروف يكون من الأفضل المضي قدماً في تجديد المكون بدلاً من الصيانة، وعلى سبيل المثال في حالة حدوث ضرر جسيم في قلب المحول؛ فإنها تكون تكلفة (CM) قريبة من تكلفة اقتناء محول جديد، وبالتالي؛ فإن (CM) ليست في متناول هذه الحالة بالذات.
وخلال الفترة الثانية من (IR) والتي امتدت ما بين عامي (1870م-1945م)؛ نمت الصناعة بسرعة بسبب التقدم في الآلات الكهربائية، ومع ارتفاع الطلب على المنتجات؛ فإنها تسببت الأعطال في الصناعة في ارتفاع النفقات، كما ووجد أن (CM) غير كافٍ.
ونتيجة لذلك، نشأت الحاجة إلى مخطط جديد ويمسى الصيانة الوقائية (PM)، بحيث يتكون (PM) من إجراء الصيانة على فترات محددة مسبقاً أو وفقاً لمعايير محددة، كما تهدف إلى تقليل مخاطر الفشل أو تدهور أداء المعدات، وبخلاف (CM)، يقترح (PM) دورات صيانة وفقاً لاحتياجات المكون، مما يؤدي إلى مفهوم الصيانة الوقائية الدورية (PPM).
ومع ذلك، يعمل كل مكون في ظل ظروف مختلفة، كما ويجب جدولة الصيانة بناءً على نموذج الموثوقية للمكون، بحيث يمكن أن يحقق هذا فائدة أكبر مقارنة باستراتيجية الصيانة الوقائية الدورية (PPM)، واستجابة لهذه الحاجة، وخلال (IR) الثالث (بين 1945م-2010م)؛ فقد تطورت الصيانة من (PM) إلى التطورات التنبؤية أو ما يمسى بالاستباقية.
استراتيجيات الصيانة في أنظمة الطاقة الكهربائية
يجد هذا القسم الجواب على السؤال المتداول المسمى بـ (SQ2) “ما هو تصنيف استراتيجيات تخطيط الصيانة لتعزيز موثوقية نظام الطاقة؟” بحيث يبدأ هذا القسم بتحليل نقدي للبحث الحالي، وبدءاً من الصيانة التصحيحية والوقائية والانتقال إلى الصيانة التنبؤية وأخيراً إدارة الأصول، كما وينتهي بوصف تصنيف استراتيجية تخطيط الصيانة، بحيث يتم تجميع البحث في كل مجال حسب الكفاية والأمان.
الصيانة التصحيحية والوقائية
في بداية العصر الصناعي، حسنت التصنيع المستمر من كفاءة العمليات الصناعية كما هو موضح في القسم الأول، ومع ذلك لم يعد التصنيع المستمر مستخدماً على نطاق واسع، ونظراً لفوائده الاقتصادية الضعيفة، وفي بعض السيناريوهات قد يتطلب تطبيق (CM) نفس الاستثمار الاقتصادي كبديل للنظام الكامل، ومن أجل معالجة هذا النقص؛ فإنه تم تقييم نماذج مختلفة لتمثيل آليات الفشل التي تدمج بروتوكولات (PM).
الصيانة الوقائية على حد منفصل
تم تطوير الصيانة التنبؤية (PdM) لمعالجة بعض أوجه القصور في PM) PdM)، وهو مخطط يركز على تعظيم الربح، ومع تقليل حدوث فشل أحد المكونات؛ فقد تمت صياغة أهداف هذا المخطط كمشكلة تحسين، والتي تهدف إلى زيادة الموثوقية والتوافر والفائدة من حيث التكلفة للمعدات أو العمليات من خلال تقليل أحداث الفشل.
إدارة الأصول
تمكن (AM) من برمجة خطة الصيانة في الوقت الأمثل مع جهود الصيانة الدقيقة من خلال تقنيات التحسين المختلفة التي تشمل البرمجة الخطية و (metaheuristics) والتعلم الآلي، كذلك الدوافع الرئيسية لمخططات إدارة الأصول هي وظيفة التكلفة وتنسيق الصيانة بين الأصول المعروضة في النظام الكهربائي.
تصنيف استراتيجيات الصيانة
بعد مراجعة نقدية لأحدث ما تم تقديمه في الأقسام السابقة لمعالجة (SQ2)، كما يمكن تصنيف الاستراتيجيات المختلفة لتخطيط الصيانة إلى ست مجموعات رئيسية، والتي يتم وصفها على النحو التالي:
- النطاق المبني على العشوائية.
- البرمجة الخطية.
- النطاق المبني على أساس نظرية التحكم.
- التحكم في الوقت الحقيقي على أساس الحصول على البيانات.
- التحكم القائم على التعلم الآلي.
وأخيراً قدمت هذه الدراسة مراجعة شاملة للدراسات المتعلقة بتطبيق الصيانة في أنظمة الطاقة على مدى العقدين الماضيين، بحيث يتم تقديم مراجعة شاملة لتطور استراتيجيات الصيانة من الصيانة التصحيحية إلى إدارة الأصول، كما وبلغت ذروتها في تصنيف استراتيجيات الصيانة، لذلك من الواضح أن المستقبل هو صيانة ذكية وذاتية التنظيم وذاتية التنظيم يمكن أن تزيد من الفعالية التقنية والاقتصادية لتدابير الصيانة.
