Table of Contents

وتشكل الشبكة الكهربائية العمود الفقري للمجتمع الحديث، وتُستخدم هذه المراكز الفرعية كحدود حرجة تحول مستويات الفولطج وتُحوّل الطاقة إلى المنازل والصناعات، وقد اتبعت هذه الأصول منذ عقود جدولاً تفاعلياً أو زمنياً: معدات تحديد بعد أن تفشل أو تحل محل عناصر بعد عدد من السنوات، وكلا النهجين يتسمان بالموثوقية من حيث التكلفة وعدم الكفاءة، مع تقارب المعلومات الفنية وتوقعات الصيانة من خلال الإنترنت (أي تي)

فهم الصيانة الافتراضية

فالالصيانة الافتراضية هي استراتيجية تستند إلى البيانات لا تستخدم بيانات الرصد وتحليلات لرصد الحالات التي يحتمل أن تفشل فيها المعدات، وعلى عكس الصيانة التفاعلية التي تنتظر الانهيار أو الصيانة الوقائية، التي تتبع جدولا محددا بصرف النظر عن الحالة الفعلية، فإن الصيانة المتوقعة لا تؤدي الصيانة إلا عندما تشير المؤشرات إلى نشوء مشكلة، وهذا النهج يقلل التدخلات غير الضرورية ويتفادى الفشل الكارثي.

وتعتمد الصيانة التنبؤية في جوهرها على ثلاثة عناصر: الاستشعار ونقل البيانات والتحليل، وتلتقط أجهزة الاستشعار الضوئية قياسات آنية مثل درجة الحرارة، والاهتزاز، والتصريف الجزئي، والضغط الغازي، والحالية، وتنتقل هذه الجداول البيانات إلى منصة مركزية، وغالبا ما تكون قائمة على الغيوم، حيث تقوم نماذج الإي آيزي بتحليل الأنماط وكشف علامات التدهور المبكرة، وعندما يحدد نموذج ما هو غير طبيعي، تولد الصيانة إنذاراً مثالياً.

والانتقال من الصيانة الوقائية إلى الصيانة المتوقعة هو ركيزة رئيسية لتحديث الشبكة، ووفقا لتقرير من مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) ، يمكن للنفقة المتوقعة أن تقلل من تكاليف الصيانة بنسبة 25 في المائة إلى 30 في المائة وأن تزيل 70 في المائة إلى 75 في المائة من الانهيار في البيئات الصناعية، وبالنسبة للهياكل الفرعية، حيث يمكن أن يؤدي فشل المحولات الواحدة إلى تحسنا في الإصلاحات وضياع الإيرادات.

دور منظمة العفو الدولية في الصيانة الافتراضية

وتُتيح للمبادرة إمكانية تجهيز كميات كبيرة من بيانات الاستشعار وتعلم الأنماط المعقدة التي سيفتقدها المشغلون البشريون، وتُدرَّب نماذج التعلم في مجال الآلات على البيانات التاريخية التي تشمل ظروف التشغيل العادية والأحداث المعروفة للفشل، وتقارن هذه النماذج باستمرار البيانات الحية في ضوء خطوط الأساس المتعلمة بانحرافات العلم التي قد تدل على وجود خطأ وشيك.

تعليم الآلات من أجل كشف الشذوذ

والكشف عن الشذوذ هو أحد أكثر التطبيقات شيوعاً في مجال صيانة المواد الفرعية، إذ يمكن أن يُعرف النموذج، على سبيل المثال، ارتفاع مفاجئ في مستويات الغاز المذاب في زيت المحولات - حتى في حدود مقبولة - كخطأ في استخدام نوع من أنواع الاختلالات التاريخية.

وتصبح نماذج التعلم العميق فعالة بوجه خاص بالنسبة لبيانات السلسلة الزمنية، إذ يمكن لشبكات الذاكرة القصيرة الأجل الطويلة الأجل وشبكات الخلق الخلقية أن تلتقط معالين مؤقتين في مجاري الاستشعار، مثل التدهور البطيء لمقاومة الاتصال التي يقوم بها جهاز تفكك الدوائر على مدى أسابيع أو أشهر، ويمكن لهذه النماذج أن تتوقّع مدى الحياة المفيدة المتبقية من الأصول، مما يوفر نافذة صيانة دقيقة لتحديد الجدول الزمني.

النماذج الافتراضية لصحة الأصول

وبالإضافة إلى الكشف عن الحالات الشاذة، تستخدم نماذج الإي آي في خلق تمثيل رقمي لصحة المعدات، مثلاً يمكن حساب مؤشر صحة المحول عن طريق الجمع بين متغيرات متعددة في المدخلات - درجة حرارة النفط، والحمولة، والهزاء، وتحليل الغازات المذوبة، والنشاط الجزئي للتصريف - إلى درجة واحدة، ويتيح هذا الرقم للمشغلين إعطاء الأولوية للنفقة عبر أسطول من المراكز الفرعية.

Edge AI for Real-Time Decision Making

إن القيود المفروضة على الترددات والقوارض الضيقــة تجعل من غير العملي إرسال جميع بيانات الاستشعار الخام إلى السحابة للتحليل، وتعالج شركة إدج آي هذا عن طريق تشغيل نماذج الوزن الخفيف مباشرة على بوابات أو أجهزة الاستشعار الذكية الموجودة داخل المبنى الفرعي، وتؤدى هذه النماذج باختبارات ذات الوقت الحقيقي ويمكن أن تؤدي إلى اتخاذ إجراءات فورية - مثل تعثر جهاز تفكك إذا تجاوزت عتبة حرجة - دون انتظار لمعالجة السحب.

دور مادة اليوت في رصد المواد الفرعية

(أ) إن التوحيد القياسي هو النظام العصبي للنفقة المتوقعة: فهو يقدم البيانات التي تحتاج إلى العمل، وتجهز الوحدات الفرعية الحديثة بمجموعة من أجهزة الاستشعار الذكية التي تقيس باستمرار البارامترات المادية والكهربائية، وهذه الأجهزة متصلة عبر بروتوكولات الاتصالات الصناعية، وتشكل نظاماً إيكولوجياً يغذي منصة بيانات مركزية.

أجهزة الاستشعار وجمع البيانات

وتشمل أنواع الاستشعار الرئيسية في إطار فرعي ما ما يلي:

  • Temperature sensors - monitor oil temperature in transformers, ambient temperature in exchangegear rooms, and contact temperature in circuit breakers.
  • أجهزة استشعار للاختفاء ] - كشف اللبس الميكانيكي في أجهزة تغيير النقر، والمراوح، والمضخات، والآلات التناوبية.
  • ] Partial discharge (PD) sensors - identify insulation degradation in transformers, cables, and GIS (gas-insulated shiftgear).
  • Dissolved gas analysis (DGA) monitors] - measure gases like hydrogen, methane, and ethylene in transformer oil, which indicate internal arcing or overheating.
  • ] المحولات الحرقية والفولطية - توفر بيانات عن الحمولة الكهربائية ونوعية الطاقة.
  • Humidity and gas pressure sensors - ensure proper conditions inside sealed Swgear compartments.

ويتزايد استبدال أجهزة الاستشعار اللاسلكية اللاسلكية اللاسلكية بالمنشآت اللاسلكية، مما يقلل تكاليف التركيب ويمكّن من إعادة استخدام المحركات الفرعية القديمة دون توقف واسع النطاق، كما أن بروتوكولات مثل لو راوان وزيغبي وشركة هيرت اللاسلكية تتيح للمجسات ذات القدرة المنخفضة نقل البيانات على مسافات طويلة.

بروتوكولات الاتصالات ونقل البيانات

وتتواصل أجهزة التوليد باستخدام معايير مثل IEC 61850، التي تصمم للتشغيل الآلي للاستبدال وتسمح بالتشغيل المتبادل بين الأجهزة من مختلف المصنعين، وكثيرا ما تُجمع البيانات بواسطة بوابة فرعية أو خادم حافة، تقوم بتثبيت المصادقة والشكل الأوليين، ومن هناك تُرسل البيانات إلى منصة تحللية سحابية أو على شكلها عن طريق بروتوكول الاختيار MQTT، أو بروتوكول الاختبار.

التكامل مع نظم المعلومات المسبقة عن علم

ويتطلب التكامل الناجح خطاً قوياً للبيانات ينظف ويؤنب ويضع ويضع علامات في قراءات أجهزة الاستشعار الواردة، وتُستخدم قواعد بيانات في إطار سلسلة الزمن (مثلاً، نظام إنفلوكس دي بي، والجدول الزمني) عادة لتخزين البيانات العالية السرعة، ثم يتم نشر نماذج المعلومات المسبقة في إطار منصة التحليلات، إما كعمليات دفع أو نماذج للاختبار في الوقت الحقيقي، مع إتاحة تواتر مستمر للثبات.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن تنشر المرافق أجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة استشعار PD في 50 محولا عبر عدة محطات فرعية، وتتدفق بيانات شبكة آيوت إلى محرك يعمل بنظام AI الذي يدير مجموعة من نماذج LSTM و XGBoost، وعندما تجمع علمات المتحول بأنه معرض لخطر الفشل الشديد (مثل 85 في المائة من احتمالات التشخيص في غضون الثلاثين يوما القادمة)، يتم توجيه إنذار إلى فريق الصيانة عن طريق نظام متنقل مستوفى.

استحقاقات الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً والتكامل بين الدول الجزرية الصغيرة

ويخلق الجمع بين مؤشري التنفيذ والآويت تآزراً يحقق منافع تشغيلية ومالية ملموسة لمشغلي الشبكات.

انخفاض عدد ساعات العمل

فالنفقة الافتراضية تسمح للمرافق بالتدخل قبل أن يتسبب الفشل في انقطاع عن العمل، ومن خلال تحديد مواعيد الإصلاحات أثناء نوافذ الصيانة المقررة، يتم التقليل إلى أدنى حد من وقت التعطل غير المخطط له، وقدرت دراسة أجراها معهد بحوث الطاقة الكهربائية أن الصيانة التنبؤية القائمة على مبادرة " آي " يمكن أن تقلل من وقت التعطل عن العمل بنسبة تصل إلى 50 في المائة، وهذا أمر حاسم لمنع انقطاع التكديس الذي يمكن أن يؤثر على مناطق بأكملها.

الوفورات في التكاليف

ويمكن أن يكلف إصلاح محول كبير للطاقة أكثر من مليون دولار ويستغرق شهورا لشراء هذه الأصول وتركيبها، ويمتد الصيانة الافتراضية من عمر هذه الأصول بمسك قضايا بسيطة في وقت مبكر، وبالإضافة إلى ذلك، يُستخدم عمل الصيانة بكفاءة أكبر - ولا ترسل الأطقم إلا عندما تشير البيانات إلى مشكلة حقيقية، بدلا من الجداول المحددة، مما يقلل من ساعات العمل الإضافية وتكاليف السفر وتكاليف الاحتفاظ بمخزونات لقطع الغيار.

تعزيز السلامة

وتشغل معدات الاستبدال بفولط عالية ويمكن أن تكون خطرة على الموظفين أن يقتربوا أثناء أحداث الفشل، كما أن الإنذارات التحذيرية تتيح للمشغلين إزالة الضغط عن بعد قبل حدوث إخفاق كارثي وحماية العمال من الوميضات القطبية أو التفجيرات أو إطلاقات الغازات السامة، كما تسمح أجهزة الاستشعار بالرصد المستمر في البيئات الخطرة، مما يقلل الحاجة إلى إجراء عمليات تفتيش مادي روتينية.

عمر المعدات الموسعة

فبتناول مسألة التدهور المبكر - مثلا، تصفية النفط عندما ترتفع مستويات الغاز المذاب أو تشدد الروابط غير المستقرة عندما تزداد اتجاهات اليقظة - يمكن للمشغلين الاحتفاظ بالمعدات في الخدمة لمدة سنوات أطول من النهج التفاعلية أو الوقائية، وعلى امتداد أسطول من مئات المراكز الفرعية، يوسع هذا نطاق دورات استبدال رأس المال ويؤخر الاستثمارات الرئيسية.

تحسين موثوقية المظالم وقدرتها على التكيف

إن التبعية التي تظل على الإنترنت خلال فترة الذروة المطلوبة أو الطقس المتطرف تدعم الاستقرار العام للشبكة، وتساعد الصيانة الافتراضية على منع الإخفاقات التي يمكن أن تؤدي إلى قصف أو عدم استقرار في الطوابق، وبما أن مصادر الطاقة المتجددة ذات الناتج المتغير، فإن الحاجة إلى معدات بديلة موثوقة تصبح أكبر، وتساعد البصيرة التي تحركها الوكالة على الحفاظ على توافر الأصول على نحو كبير يوازن الشبكة.

التحديات في التنفيذ

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن نشر أجهزة الاستخبارات الجوية وأجهزة منع التأشيرات لأغراض الصيانة المتوقعة في المراكز الفرعية ليس بدون عقبات، ويجب أن تتصدى المرافق للتحديات التقنية والتنظيمية والمالية اللازمة لتحقيق الإمكانات الكاملة.

نوعية البيانات وحجمها

والنماذج الافتراضية لا تصلح إلا بقدر ما تكون البيانات التي يتم تدريبها عليها، وكثيرا ما تكون لدى الشركات الفرعية أجهزة استشعار مسببة للمرض، ووصلات متقطعة، ونقاط بيانات مفقودة، كما أن التنظيف وعلامات البيانات التاريخية كثيفة العمالة، فضلا عن أن العديد من أحداث الفشل نادرة، مما يؤدي إلى اختلال البيانات التي يمكن أن تُخنبأ بها النماذج، ويجري استكشاف تقنيات مثل توليد البيانات الاصطناعية والتعلم في مجال النقل.

الشواغل المتعلقة بالأمن السيبرى

ويوسع جهاز الاستشعار المزود بأجهزة الاستشعار عن طريق الـ (ايوت) ومنابر الـ (آي إي) لاستبدال شبكات الـ (إي) من سطح الهجوم، ويمكن أن يغذي جهاز الاستشعار المهين بيانات كاذبة لنظام (AII) ويتسبب في التنبؤات الخاطئة أو حتى في اتخاذ إجراءات خطرة، كما أن البرمجيات الفرعية هي هياكل أساسية حاسمة، كما يجب اتباع معايير الأمن السيبراني مثل IEC 62443 و NERC CIP.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

ويتضمن العديد من المراكز الفرعية معدات من بائعين متعددين، كل منهم لديه بروتوكولات وصيغ بيانات خاصة بالملكية، ويتطلب تحقيق رؤية موحدة لصحة الأصول وجود إطار تكاملي يمكن أن يترجم بين المعايير (مثلاً، IEC 61850, DNP3, Modbus) وتهدف المعايير المفتوحة والتعاون في مجال الصناعة، مثل مبادرة المجلس المفتوح العضوية، إلى تبسيط هذا التكامل، ولكن المعدات القديمة كثيراً ما تفتقر إلى الوصلات البينية اللازمة.

الاستثمار الأولي والمكتب الإقليمي

ويتطلب نشر نظام شامل للمبادرة الدولية لمكافحة المخدرات رأس مال كبير في البداية: أجهزة الاستشعار، والبوابات، والهياكل الأساسية للشبكات، ورخص البرامجيات، والموظفين المهرة، ويجب أن تبنى المرافق حالة تجارية واضحة تُعزى إلى حالات الفشل المتفادي، وطول مدة الأصول، وانخفاض أعمال الصيانة، وقد تُبرر ورقة E بشأن الاستثمار في التشغيل الآلي في إطار الدعم ، وتلاحظ الجهات التي تعتمد في وقت مبكر، في كثير من الأحيان، أن هذه الاستثمارات، لا تُسمح بأن تكون لها، في إطارها، في إطار مشروع، في إطار مشروع، أو ما يلي:

ألعاب المهارات

ويندر علماء البيانات الذين يفهمون كلا من التعلم الآلاتي والهندسة الكهربائية، إذ يتعين على المرافق أن تزيد من مهارات الموظفين الحاليين أو أن توظف مواهب جديدة لتصميم نماذج المعلوماتية ونشرها وصيانتها، وبالإضافة إلى ذلك، يجب على الأطقم الميدانية أن تتعلم الثقة وأن تتصرف في حالات التأهب المتوقعة، مما يتطلب تحولا ثقافيا من العادات التفاعلية إلى اتخاذ القرارات التي تحركها البيانات.

الاتجاهات المستقبلية

ولا يزال تطور تكنولوجيات المعلومات والاتصالات والآويت يفتح إمكانيات جديدة لصيانة المرافق الفرعية، وهناك اتجاهات عديدة تستحق المشاهدة.

التوائم الرقمية

والتوائم الرقمي هو نسخة افتراضية من مخفّضات تُجسّد حالتها في الوقت الحقيقي باستخدام بيانات إيوت - وتُجري نماذج آي محاكاة على التوأم الرقمي لاختبار سيناريوهات " ما إذا كان يحدث أن تتحول درجة الحرارة إذا زادت الحمولة بنسبة 20 في المائة أثناء موجة حرارية؟ وهذا يمكّن المشغلين من تحقيق الحد الأمثل لجداول الصيانة والاستراتيجيات التشغيلية دون المخاطرة بمعدات حقيقية.

5G and next-Generation Connectivity

5G networks offer low latency, high bandwidth, and massive tool connectivity, making them ideal for substation IoT. with 5G, high-resolution video analytics, real-time control ofroids for inspection, and large-scale sensor streams can be supported reliably. Private 5G networks are being piloted in utility settings to provide deterministic communication for mission-critical applications.

نظم الصيانة المستقلة

وتفضي التطورات في الروبوتات وأجهزة الاستخبارات الجوية إلى وجود وحدات فرعية مستقلة تماماً، ويمكن للطائرات التي تجهز بالكاميرات الحرارية والمجسات فوق الصوتية أن تقوم بعمليات تفتيش خارجية، ويمكن للروبوتات الثابتة أن تبحر في غرف التبديل وتجمع البيانات، وتقوم المنظمة بضبط هذه الأجهزة، وتخطط لطرق التفتيش الأمثل، وتبدأ أعمال الصيانة دون تدخل بشري، وفي حين أن الاستقلال الكامل قد يكون بعيداً عن معظم نظم المرافق، شبه الصوتية.

AI (XAI)

ولكي يثق متعهدو الخدمات في التنبؤات المتعلقة بالمبادرة، يتعين عليهم فهم سبب كون نموذج يُعرف على وجود أصل خطر كبير، إذ أن التقنيات المتاحة للتصنيف الصناعي، مثل برنامج العمل الإنساني المشترك وشبكة العمل الدولية، توفر معلومات عن أكثر ما تسهم به قراءات الاستشعار في التنبؤ، وهذا يساعد المهندسين على التحقق من النواتج النموذجية وبناء الثقة، والتعجيل بالتبني.

خاتمة

فالعمليات الجاهزة التي يديرها معهد الطاقة الذرية وشركة إيوت لم تعد مفهوماً لا جدوى منه - فهي استراتيجية عملية ومثبتة لتحسين موثوقية وسلامة وكفاءة محطات الشبكة الفرعية، ومن خلال الرصد المستمر لأوضاع المعدات والتنبؤات، يمكن للمرافق أن تتجنب التجاوزات في التكاليف، وأن توسع نطاق حياة الأصول، وأن تقلل من النفقات التشغيلية، وفي حين أن التحديات المتصلة بنوعية البيانات وأمن الفضاء الإلكتروني وإمكانية التشغيل المتبادل والمهارات لا تزال قائمة، فإن التقدم التكنولوجي المستمر، والتعاون في مجال الصناعة.