تحليل موجز لقواطع الدائرة الرقمية الأولية والثانوية المتكاملة المثبتة على القطب وتطبيقاتها الهندسية

مع التطوير والتحديث المستمر لتكنولوجيا مفاتيح التوزيع المتكاملة الأولية والثانوية، فتحت قواطع الدائرة المنزلية الأولية والثانوية المثبتة على عمود الجهد المنخفض آفاقًا واسعة من التطبيقات الهندسية. تناقش هذه الورقة الحلول التقنية لقواطع الدائرة الرقمية التقليدية المثبتة على عمود، بما في ذلك المسارات التقنية الخاصة بالمعدات، والتركيب الهيكلي، والمتطلبات التقنية للوحدات الرقمية، وغيرها. كما تُجري تحليلًا لموثوقية المعدات وتطبيقاتها الهندسية، وتُبرز مزايا تطبيقات قواطع الدائرة الرقمية المثبتة على عمود مقارنةً بقواطع الدائرة الكهرومغناطيسية أو الإلكترونية التقليدية. وتلعب هذه الورقة دورًا توجيهيًا في التطبيقات الهندسية لقواطع الدائرة الرقمية المثبتة على عمود.

مقدمة

في ظل سعي الدولة نحو تحقيق ذروة الكربون والحياد الكربوني، أصبح بناء نظام طاقة جديد يعتمد على الطاقة الجديدة كجسم رئيسي اتجاهًا تنمويًا هامًا، وستصبح شبكة الطاقة الرقمية شكلًا جديدًا لنقل أنظمة الطاقة الجديدة. في الوقت الحاضر، دخل بناء شبكات الطاقة الرقمية مرحلة من التطور السريع، وأصبح بناء شبكات التوزيع الرقمية أيضًا جزءًا مهمًا منه. وباعتبارها معدات تحويل مهمة لخطوط النقل الهوائية لشبكات التوزيع المحلية، تُعد مفاتيح الأعمدة معدات لأتمتة توزيع خطوط النقل الهوائية، كما أصبحت مفاتيح الأعمدة الرقمية أيضًا المعدات الأساسية لشبكات التوزيع الرقمية. تقدم هذه المقالة الحل التقني لمفاتيح الأعمدة الرقمية، وتناقش مسارها التقني، وتركيبها الهيكلي، والمتطلبات التقنية لوحدة ADMU، وتُجري تحليلًا لموثوقية المعدات وتحليلًا للتطبيقات الهندسية، وتُلخص خصائص التطبيق الهندسي لمفاتيح الأعمدة الرقمية.

1 الحل التقني للمفاتيح الرقمية المثبتة على الأعمدة

1.1 المسار الفني

بالمقارنة مع المفاتيح الكهرومغناطيسية أو الإلكترونية التقليدية، تُحقق المفاتيح الرقمية بشكل رئيسي الرقمنة المحلية لكميات المفتاح التناظرية، ثم تُرسلها إلى الوحدة الطرفية على شكل كميات رقمية لإكمال معالجة الإشارة. يوجد حاليًا طريقتان تقنيتان رئيسيتان لإكمال الرقمنة المحلية لكميات المفتاح التناظرية. الأولى هي أن يستخدم مستشعر التيار ملف روجوفسكي لتحويل التيار الأولي إلى إشارة ثانوية صغيرة، ثم تحويلها إلى كمية رقمية عبر مُدمِج، بينما يُحوّل مستشعر الجهد إشارة الجهد الثانوي الصغيرة إلى كمية رقمية عبر مُحوّل تناظري إلى رقمي (AD)؛ والثانية هي إدخال الإشارة التناظرية الصغيرة الثانوية لمستشعر الجهد والتيار الإلكتروني التقليدي على جسم المفتاح إلى وحدة ADMU المجاورة، وإكمال تحويل الإشارة من تناظري إلى رقمي عبر ADMU، ثم إرسال الإشارة الرقمية إلى الوحدة الطرفية عبر كابلي التوصيل الأساسي والثانوي، حيث تُزوّد الوحدة الطرفية ADMU بالطاقة عبر كابلي التوصيل الأساسي والثانوي. حاليًا، نظرًا لعدم نضج تقنية ملف روغوسكي في الحل الأول بما يكفي لتطبيقها في مفاتيح شبكات التوزيع، وكبر حجم المعدات وانخفاض دقة الاستشعار نسبيًا، لا يمكن توسيع نطاقها في قاطع الدائرة المثبت على عمود. لذلك، يعتمد المفتاح الرقمي المثبت على عمود بشكل أساسي على المسار التقني الثاني.

1.2 التركيب الهيكلي

حاليًا، يُعدّ قاطع الدائرة الرقمي المُثبّت على عمود شائع الاستخدام في الصين، وهو يعمل بنابض، ويستخدم آلية تشغيل نابضية، وهيكلًا ثلاثي الطور مُحكم الغلق، ومستشعر جهد وتيار خارجي، أو قطب مُحكم الغلق عميق الدمج، لاستشعار إشارات الجهد والتيار التناظرية الصغيرة. تُدمج وحدة ADMU الرقمية في صندوق المفتاح من خلال طريقة مدمجة أو خارجية، لإكمال الرقمنة المحلية لإشارات الجهد والتيار التناظرية الصغيرة، ثم يتم نقل الإشارة بين الجهازين الأساسي والثانوي عبر كابل مُغلّف مزدوج مجدول عبر طريقة الاتصال 485. لذلك، يتكون المفتاح الرقمي المُثبّت على عمود بشكل أساسي من هيكل مفتاح مع وحدة ADMU رقمية مُدمجة، ووحدة طرفية رقمية، وكابل توصيل أساسي وثانوي.

1.3 المتطلبات التقنية الرئيسية للرقمنة

يُحقق المفتاح المُثبّت على عمود رقمنة الكميات التناظرية في الموقع من خلال دمج وحدة ADMU. ومع ذلك، تُعدّ وحدة ADMU جهازًا إلكترونيًا نشطًا، ويصعب أن يُضاهي عمرها الافتراضي عمر هيكل المفتاح. لذلك، يجب أن تكون اللوحة الأساسية لوحدة ADMU قابلة للتبديل السريع والاستبدال عبر الإنترنت. لذلك، أصبح التصميم الهيكلي القابل للتبديل السريع، وتصميم حماية واجهة الإدخال والإخراج، وتصميم منع تداخل نقل الإشارة الرقمية لوحدة ADMU، من المتطلبات التقنية الرئيسية للاستخدام الموثوق لوحدة ADMU.

(1) تصميم هيكلي قابل للتبديل السريع: يجب أن تتضمن وحدة ADMU غلافًا ولوحةً أساسية. يُوصل الغلاف بصندوق التبديل لإكمال تحويل الواجهة بين الإشارة التناظرية للمستشعر الداخلي للمفتاح واللوحة الأساسية الخارجية؛ وتتميز اللوحة الأساسية والغلاف بخاصية التوصيل والفصل عبر الإنترنت. تُقفل اللوحة تلقائيًا بعد إدخالها في الغلاف، ويمكن فكها وسحبها باستخدام مقبض الأداة، مما يتيح التوصيل والاستبدال عبر الإنترنت للوحة الوحدة في حالة حدوث عطل.

(2) تصميم حماية الواجهة: يوجد واجهتان في تطبيق وحدة ADMU: الأولى هي واجهة التوصيل بين الغلاف والصندوق، والتي يجب أن تلبي متطلبات حماية IP65 لمنع دخول بخار الماء إلى صندوق التبديل، مما قد يتسبب في صدأ الآلية الداخلية وقصر الدائرة الكهربائية للواجهة؛ والثانية هي الواجهة الكهربائية بين الغلاف واللوحة الأساسية، والتي يجب أن تلبي متطلبات حماية IP55 على الأقل. عند استخدامها في البيئات الخارجية، يجب التأكد من عدم دخول بخار الماء إلى الواجهة لتجنب أكسدة أو قصر دائرة دبابيس الواجهة.

(3) تصميم مضاد للتداخل لنقل الإشارات الرقمية: بعد أن تُكمل وحدة ADMU الرقمنة المحلية للكمية التناظرية، تُرسلها إلى الطرفية عبر إشارة رقمية 485. يتأثر نقل الإشارات الرقمية بسهولة بالبيئة الكهرومغناطيسية. لذلك، يلزم استخدام كابل محمي مزدوج مجدول لنقل الإشارات الرقمية من اللوحة الأساسية إلى الطرفية. طبقة حماية الكابل مؤرضة بنقطة واحدة لحماية موثوقة من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي؛ وفي الوقت نفسه، من الضروري اختيار شريحة الاتصال 485 بدقة لضمان استقرار نقل واستقبال الإشارات.

2 تحليل موثوقية مفاتيح الأقطاب الرقمية

بالمقارنة مع مفاتيح الأقطاب الكهرومغناطيسية أو الإلكترونية التقليدية، يتمثل الاختلاف الرئيسي بين مفاتيح الأقطاب الرقمية في احتوائها على وحدة ADMU خارجية مدمجة، حيث تنقل الأجهزة الأساسية والثانوية إشارات الإرسال والقياس عن بُعد عبر الإشارات الرقمية. تُعدّ مفاتيح الأقطاب الكهرومغناطيسية أو الإلكترونية التقليدية أجهزة سلبية، وقد استُخدمت على نطاق واسع في السوق بموثوقية عالية في التطبيقات. بعد أن يُدخل المفتاح الرقمي المُثبّت على الأقطاب وحدات ADMU نشطة، يُشكّل ذلك مخاطر على موثوقية تطبيق المفتاح. العوامل الرئيسية المؤثرة هي:

(1) يضيف صندوق التبديل فتحات تثبيت وحدة ADMU ويزيد من هيكل إغلاق الصندوق؛

(2) تضيف الدائرة الثانوية للمستشعر واجهات اتصال، مما يزيد من خطر حدوث أخطاء في الأسلاك الثانوية؛

(3) تتطلب وحدة ADMU تصميمًا قابلًا للتبديل السريع عبر الإنترنت، مما يزيد من متطلبات حماية الواجهة الخارجية وموثوقية الاتصال؛

(4) وحدة ADMU هي جهاز نشط، وعمرها الافتراضي لا يقارن بعمر أجهزة التبديل السلبية التقليدية المثبتة على الأعمدة. من الضروري تحسين موثوقية مكونات الوحدة والجمع بين استبدال الوحدات عبر الإنترنت لزيادة عمر خدمة المفتاح.

(5) تقوم وحدة ADMU بإرسال الإشارات الرقمية من خلال إشارات 485، مما يزيد من تصميم مكافحة التداخل لنقل الإشارة الرقمية.

باختصار، لتحسين موثوقية تطبيق المفاتيح الرقمية المثبتة على الأعمدة، من الضروري التركيز على ضمان الاختيار الأمثل لمكونات وحدة ADMU، وتحسين استقرار التطبيق وعمر خدمة الوحدة، وثانيًا، ضمان موثوقية الختم والاتصال لكل واجهة وحدة من خلال تصميم التحسين الهيكلي.

3 تحليل التطبيقات الهندسية استنادًا إلى المفاتيح الرقمية المثبتة على الأعمدة

يوفر التطبيق الهندسي للمفاتيح الرقمية المثبتة على الأعمدة بعض مزايا التطبيق، مثل:

(1) دقة استشعار القياس عن بعد للجهد والتيار أعلى، والتي يمكنها عادةً تلبية دقة استشعار المعدات الكاملة بمستوى 0.5، وهو أفضل من دقة المستوى 1 للمفاتيح التقليدية المثبتة على العمود؛

(2) بناءً على الاستشعار عن بعد عالي الدقة، يمكن تحقيق تحديد وعزل خطأ الخط بشكل أكثر دقة، ويمكن تحسين استقرار مصدر طاقة الخط؛

(3) يتم تقليل كابلات القياس عن بعد بين المعدات الأساسية والثانوية، ويتم الاحتفاظ بكابل تحكم عن بعد واحد فقط مكون من 10 أنوية لتلبية نقل الإشارة عن بعد الثلاثي للمعدات الكاملة؛

(4) دون الحاجة إلى زيادة عدد مقابس التبديل، يُمكن توسيع نطاق إشارات القياس عن بُعد والإشارات عن بُعد، وجمع جهد ثلاثي الطور، وجهد تسلسل الصفر، وتيار القياس والحماية ثلاثي الطور، وتيار قياس تسلسل الصفر والحماية من جانب مصدر الطاقة وجانب الحمل في الوقت الفعلي. كما يُمكنه تلبية جمع إشارات الإشارة عن بُعد في وضع الفتح والإغلاق، ووضع الطاقة غير المُخزنة، والضغط المنخفض، وما إلى ذلك. وفي المستقبل، يُمكن توسيع نطاق نقل إشارات الإشارة عن بُعد، مثل مراقبة درجة حرارة المفتاح ومراقبة التفريغ الجزئي. يتميز بمرونة التطبيق والتكيف مع المزيد من أوضاع الحماية.

(5) في عملية نقل الإشارة الصغيرة، يتداخل النقل التناظري بسهولة مع العوامل البيئية لدائرة النقل، بينما يتجنب النقل الرقمي إلى حد كبير تداخل العوامل البيئية ولا يتأثر بحمل دائرة النقل، مما يتمتع بمزايا واضحة لنقل الإشارة بدون خسارة.

مفاتيح الأقطاب الرقمية هي منتجات مبتكرة، تطورت من مفاتيح الأقطاب الرئيسية والثانوية إلى المفاتيح الرقمية خلال العامين الماضيين. بفضل التطبيقات الهندسية واسعة النطاق لمفاتيح الأقطاب الرقمية، أصبح من الممكن مراقبة طاقة خطوط توزيع الطاقة بدقة أكبر، وتحديد أعطال الخطوط وعزلها بدقة أكبر، ومراقبة حالة معدات المفاتيح بشكل أشمل.

4 الخاتمة

تُحلل هذه الورقة بإيجاز الحلول التقنية الحالية لمفاتيح الأقطاب الرقمية، مع التركيز على تحليل المتطلبات التقنية الرقمية الرئيسية، وتناقش العوامل المؤثرة على موثوقية تطبيقاتها. كما تُحلل مزايا تطبيقات هندسة المفاتيح الرقمية، التي تُسهم بشكل كبير في تصميم منتجاتها وتطبيقاتها الهندسية.