تطوير الجهاز المتحرك لصيانة المحطات الكهربائية الفرعية

أهمية تطوير الجهاز المتحرك لصيانة المحطات الكهربائية الفرعية

مع الانتشار المتزايد للطاقة المتقطعة والتطور السريع لتكنولوجيا الشبكة الذكية، حظي أمن وكفاءة إنشاء المحطات الفرعية وصيانة البنية التحتية الكهربائية باهتمام واسع النطاق، حيث أن الفرع الذكي الذي يعمل كمحور للطاقة لنقل الطاقة الكهربائية ومراقبتها والتحكم فيها وتأمينها، كما أصبح مؤخراً نموذجيا في جميع أنحاء العالم.

ووفقاً للإحصاءات الصادرة عن شركة (State Grid Corporation) في الصين؛ فقد زاد إجمالي كمية المحطات الفرعية في الصين من حوالي (21500) في عام 2007م إلى (41300) في عام 2018م، كما ويزداد مقياس المعدات الكهربائية بشكل كبير، بحيث جلبت المتطلبات المتزايدة لمستوى العمليات الأمنية وجودة الخدمة تحديات لبناء وتشغيل المحطة الفرعية الذكية.

كما أدى الانتشار المتزايد لموارد الطاقة الموزعة إلى تمكين المستهلكين السلبيين التقليديين من التطور إلى مستهلكين نشطين، بحيث يمكن للمستهلك أن يدرك إدارة توليد الطاقة وتخزينها واستهلاكها في وقت واحد من خلال البنية التحتية الكهربائية، وذلك بالنسبة لمزرعة الرياح على نطاق واسع، وبناء محطات الطاقة الكهروضوئية (PV).

لذلك فقد أثيرت سلسلة من المشكلات مع التأثير الشديد في العمل العملي، مثل التكلفة العالية ومخاطر التسرب والحوادث الخفية للأفراد والمعدات، إلى جانب ذلك؛ فإنه لا يكفي الموظفون المحترفون لإنجاز عبء العمل الثقيل لتشغيل وصيانة البنية التحتية للمحطات الفرعية، لذلك؛ فإن تطوير الأجهزة المساعدة للبناء في الموقع يصبح مهمة أساسية لتحسين كفاءة العمل وضمان سلامة الأفراد والمعدات الكهربائية في الهندسة العملية.

معالجة المشاكل المتعلقة بجهاز الصيانة الكهربائية المتحرك

لمعالجة هذه المشاكل، تم تقديم فكرة الحاوية للتعامل مع نقل البضائع في مجال البناء في الموقع والموانئ والتعدين ومناطق أخرى، كما أنه من السهل تجميع وحدات الحاوية متعددة الطبقات في الموقع ولكنها غير مناسبة للعيش أو الاستخدام، بحيث تم تطوير الحاوية المكبرة مع نموذج الحاوية المعتمد على البناء المحسن لتلبية المتطلبات العملية للموظفين المحترفين.

وفيما بعد تم تحليل واختبار الأداء الميكانيكي وظروف التحميل العامة للحاوية المعيارية، بحيث تم التحقق من الصلابة والقدرة الإنتاجية الرأسية وقدرة التحمل النهائية لحاويات نموذج البناء، والتي استخدمت طريقة تحليل العناصر المحدودة للتحقق من قدرة التحمل القصوى للحاوية.

ومع ذلك؛ فقد تم التحقق بشكل أساسي من المخططات المصممة مسبقاًِ، وذلك من حيث جدواها وإمكانية تطبيقها في البناء الهندسي العملي، كما ولم تتم دراسة أمان وموثوقية الحاوية متعددة الوحدات في ظل ظروف الطقس القاسية حتى الآن.

واستناداً إلى مزايا بناء الحاويات والمركبة المتعقبة؛ فقد تم تطوير وتنفيذ جهاز متحرك وقابل للتوسيع ذاتياً وذلك لتعزيز مستوى التشغيل الآلي لبناء المحطات الفرعية وأمن موظفي الصيانة، وبالنظر إلى الأحداث الجوية القاسية مثل العواصف الثلجية والرياح القوية وظروف العاصفة الثلجية؛ فإنه تم تصميم الإطار العام ونظام التحكم للجهاز بناءً على طريقة العناصر المحدودة.

أيضاً يتم تنفيذ التحليل النموذجي والتحليل الساكن في ظل وضع التمديد الذاتي للتحقق من الاستقرار والصلابة لإطار الجهاز المجمع، بحيث تتم صياغة التقييم الأمني للجهاز من خلال حساب الحد الأقصى للإزاحة والضغط النهائي في ظل أحداث الطقس القاسية، وأخيراً يتحقق التطبيق في الموقع في محطة فرعية بقدرة (500) كيلو فولت في مقاطعة هونان من استقرار الجهاز المطور وقابليته العملية وأداءه منخفض التكلفة.

تصميم الإطار الخاص بالجهاز الخاص بعمليات الصيانة

تم توضيح إطارات الجهاز المصممة في الوضع الطبيعي والامتداد في الشكل التالي (1)، بحيث يبلغ طول الجهاز (5) أمتار وعرضه (2) متر وارتفاعه (2.5) متر، بحيث يتم لحام الفولاذ والصلب المربع لتشكيل الإطار، كما يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ كغطاء خارجي مملوء برغوة “البولي يوريثان” للعزل الحراري ويتم توصيل الألواح عن طريق التثبيت أو اللحام أو المفصل. لتحقيق وظائف المصعد الأوتوماتيكي والدوران.

كذلك يتم استخدام نظام الدفع المؤازر المكون من محرك مؤازر وأسطوانة كهربائية ومحرك مؤازر (AX5000) لقيادة الجهاز، وعندما يتم تمديد الجهاز؛ فإنه يمكن أن يشكل مساحة عمل مفتوحة ومنطقة راحة مغلقة، كما تم تجهيز مساحة العمل بمجموعة كاملة من الأدوات الهوائية والكهربائية لتحقيق تكامل المكونات الكهربائية المعيارية وتم تثبيت منطقة الراحة بثلاثة مكيفات هواء ومكاتب قابلة للطي.

تصميم الوحدات الرئيسية الخاصة بأجهزة الصيانة

نموذج الإطار الرئيسي القابل للتوسيع

في هذا الطرح، يتم شرح التصميم الإطار الرئيسي الذي يتألف أساساً من قاع الحزمة وفاصل الحزمة والعمود المستقيم، وبالنظر إلى الاستقرار والموثوقية؛ فإنه تم اقتراح مفهوم التصميم المبسط لضمان مرونة الجهاز، بحيث يظهر التدفق المصمم لنموذج الإطار الرئيسي في الشكل التالي (2).

كما أن الإطار الرئيسي للجهاز يستخدم فولاذ (Q235) الذي قوة الخضوع (235MPa)، وذلك على الأساس الداعم للجهاز مصنوع من [14 # I-beam]، بينما الهيكل الرئيسي يستخدم (80 × 80) مربع من الفولاذ، كما تمت صياغة الحمل الساكن (P) على شكل:

حيث أن:

(f): تشير إلى قوة الشد لـ (Wx).

(Q235): هي لحظة المقاومة المقطعية.

(L): هي طول الحزمة.

كما يستخدم قاع العارضة ألواح فولاذية ذات ست فواصل متصلة بواسطة مفصلات عالية القوة، بحيث تم تصميم الفاصل الزمني للشعاع بشكل مثالي لتلبية متطلبات الطي والتمدد، وبالإضافة إلى ذلك وكمكون رئيسي للإطار الرئيسي؛ فإنه يتبنى العمود المستقيم هيكل (H-beam)، كما ويتبنى العمود الموسع هيكلًا من الصلب الزاوي لتركيب المحرك ومكونات المحرك بسهولة.

تصميم هيكل الجلد الخارجي

من خلال الاستفادة من الهيكل الفولاذي الخفيف، بحيث يعد الجلد الخارجي أمراً بالغ الأهمية للمقاومة الأفقية للجهاز بأكمله، كما أن هيكلها ليس موصولاً بمسامير ولكن ملحومة بين اللوحة الجانبية والإطار، و نظراً لاختيار الجلد الخارجي باعتباره الجزء القياسي في إجراء التصميم، يتم استبداله فقط بلوحة جانبية مموجة، كما يوضح الشكل التالي (3) نموذج حساب اللوح الجانبي تحت الحمل المنتظم.

بافتراض أن القوة الأفقية للحزمة العلوية موحدة، يُنظر إلى النموذج المحسوب على أنه نموذج شعاع ناتئ نظرًا لنسبة التقاطع الصغيرة الخاصة به، كما بتجاهل تشوه الانحناء، بحيث تتعرض اللوحة الجانبية لقوة القص (V1) و (V2) (حسب الشكل 3 (b))، كما تتضمن إجهاد القص (γ) للوحة الجانبية إجهاد القص النقي (γj) وإجهاد القص (γn) في حالة التموج والتشويه، والتي يمكن اشتقاقها على النحو التالي:

حيث أن:

(h): هو ارتفاع اللوحة الجانبية.

(d): هو طول الإسقاط الأفقي.

(v): هي نسبة بواسون.

(E): هي معامل المرونة لـ (Q235).

(t): هي سماكة اللوحة الجانبية وهو ثابت متعلق بالشكل المموج لـ الصفيحة الجانبية.

(L): هو طول الجدار الجانبي للجلد الخارجي.

النموذج المكاني الذاتي القابل للتوسيع

من خلال الجمع بين متطلبات التوسع المكاني، تم تصميم هيكل مكاني ذاتي التمدد مع أسطوانة كهربائية وطي متعدد القضبان، وبالمقارنة مع وضع القيادة التقليدي باستخدام الأسطوانة الهيدروليكية، لذلك؛ فإن وضع القيادة بواسطة الأسطوانة الكهربائية يمكن أن يتجنب عيوب التسرب الهيدروليكي وزيادة الوزن. يتم توصيل النموذج القابل للتوسيع ذاتياً بثلاثة مجموعات قضبان عبر دبابيس المفصلة الوسطى.

لذلك تم تثبيت القضبان العلوية والسفلية على كلا الجانبين على العمود الطرفي المتفتح وعمود الجسم الرئيسي بواسطة المفصلات، بحيث تتحرك القضبان الوسيطة عمودياً في اتجاهاتها الرأسية مع أوضاع مختلفة قابلة للتمدد الذاتي.