أنظمة المراقبة المقاومة للانفجار لطاقة الرياح البحرية

تركيب نظام المراقبة الكهربائية على توربين رياح بحري ليس كالتركيب في مصنع أو محطة فرعية على البر. رذاذ الملح، الاهتزاز المستمر، ومنصة يمكن أن تتغير تحت قدميك يغير من أداء كل حاوية، اتصال، ومستشعر. نظام مراقبة مقاوم للانفجاريجب أن تتعامل أنظمة المراقبة لهذه المواقع مع كل ذلك مع الحفاظ على شهادة المنطقة الخطرة الصالحة، لأن القبة يمكن أن تتراكم غاز قابل للاشتعال من البطاريات أو أعطال المحولات، والمساحة المحصورة تجعل أي حدث اشتعال أكثر خطورة بكثير من عطل على اليابسة. تغطي معظم المقالات التقنية ميزات نظام المراقبة أو بروتوكولات الاتصال بشكل منفصل؛ ما نادرًا ما يتطرق إليه هو ما وجدناه مرارًا وتكرارًا في ووروم خلال مراجعات المشروع: أن الفشل يعود ليس إلى حدود الأجهزة، بل إلى هندسة الواجهة الأمامية غير المكتملة. طريقة الحماية، فئة درجة الحرارة، وقرارات التخطيط التي تتخذ قبل الشراء هي التي تحدد ما إذا كان النظام سيعمل لسنوات أو يثير استدعاءات من أول شتاء.

مكان الحاجة إلى نظام مراقبة مقاوم للانفجار على توربين رياح بحري

لا توجد تصنيفات موحدة للمنطقة الخطرة عبر الهيكل بأكمله لتركيبات الرياح البحرية. المناطق الأكثر حرجًا هي داخل القبة، بالقرب من حجرة المحول، وداخل أي مساحة مغلقة تحتوي أو تكون مجاورة لنظام تخزين طاقة البطارية. غاز الهيدروجين الناتج عن تفريغ البطاريات الرصاصية أو حتى بعض بطاريات VRLA تحت ظروف العطل يمكن أن يدفع القبة المختومة إلى منطقة غاز من الفئة 1. في الوقت نفسه، يمكن أن يتحول قاعدة البرج إلى منطقة من الفئة 2 إذا تم التنازل عن ختم مدخل الكابل وارتفع الغاز من المونوبيل. لقد رأينا مواصفات مشروع تصنف القبة بأكملها على أنها آمنة، فقط لتطلب السلطة مراجعة كاملة بعد أن أظهرت حسابات تهوية البطارية خلاف ذلك. الدرس واضح: إذا كانت مكونات نظام المراقبة الخاصة بك مصنفة فقط للمناطق غير الخطرة، فأنت على بعد عطل في البطارية من خطر اشتعال غير محصور.

يجب أن يتطابق تصميم نظام المراقبة مع تحليل التهوية وانتشار الغاز الفعلي، وليس مجرد مستطيل على مخطط الدوائر الكهربائية. الحاويات من نوع Ex d للكاميرات، مجسات الضغط، وكاشفات الغاز شائعة. ومع ذلك، رأيت تصاميم كانت تصنيف الكاميرا من نوع Ex d جيدًا، لكن حامل التركيب سمح بدخول التكاثف عبر مدخل M20 غير محكم، مما أنشأ مسار تآكل خلال ستة أشهر. يجب أن يعامل التصميم كل اختراق كجزء من سلامة مقاومة الانفجار.

كشف الغاز والمراقبة الكهربائية للمعلمات: ما الذي يجب دمجه

نظام المراقبة الذي يقتصر على إبلاغ عن تسرب غاز %LEL أو إنذارات الدخان يعطيك سجلًا للأحداث السابقة؛ لكنه لا يساعدك على منع الحدث التالي. التطبيقات البحرية التي دعمناها تجمع بين كشف الغاز ومراقبة المعلمات الكهربائية على نفس الاتصال البياناتي. تحديدًا، نراقب درجة حرارة لفائف المحول، توقيعات التفريغ الجزئي، وتوازن جهد سلسلة البطارية بجانب قراءات الغاز. لماذا؟ لأن ارتفاع درجة حرارة خلية البطارية ببطء قبل أن يصل تركيز الهيدروجين إلى 25% LEL يمكن أن يطلق تدخل صيانة مبكر يتجنب إنذار كامل. في مشروع واحد، اكتشف عميل خلل في سلسلة البطارية من خلال انحراف الجهد قبل أن تنذر كاشفات الغاز بثلاثة أسابيع، لأن منطق المراقبة كان مصممًا لربط الشذوذات الكهربائية بالمخاطر المحتملة للغاز، وليس فقط التفعيل عند العتبات.

التفريغ الجزئي في محول من نوع صب resin هو مؤشر آخر. دخول الرطوبة إلى الحاوية عبر مصفاة تنفيس لم يتم تحديدها للبيئات البحرية يمكن أن يضعف العزل، مما يؤدي إلى نشاط تفريغ جزئي غير مرئي في البداية لكاشفات الغاز. إذا كان نظام المراقبة يقرأ فقط الغاز، فإن هذا التدهور يمر دون ملاحظة حتى يفشل العزل وربما يشتعل جيب هيدروجين. لم أرَ أبدًا مواصفات نظام مراقبة لا تتضمن حساسات الغاز؛ لكن رأيت العديد منها تتجاهل مراقبة المعلمات الكهربائية، وكانت تلك التي كانت على وشك وقوع حوادث خطيرة دائمًا هي.

لماذا غالبًا ما يكون تصنيف درجة الحرارة T4 خاطئًا للحاويات الكهربائية لطاقة الرياح البحرية

يُعرض العديد من مكونات نظام المراقبة بتصنيف درجة حرارة T4 (135°C)، ويقبلها المُحددون لأنها تفترض أن درجة حرارة البيئة في القبة لن تتجاوز 40°C نادرًا. وغالبًا ما يفشل هذا الافتراض. يمكن لقبة في شمس الصيف المستمرة، حتى على بحر الشمال، أن تصل إلى درجات حرارة داخلية فوق 50°C عندما لا يعمل التوربين بسرعة كاملة ويقل التهوية. داخل صندوق التوصيل أو لوحة التحكم التي تحتوي على مصدر طاقة ومفتاح شبكة، يمكن أن يتجاوز نقطة الحرارة الداخلية 120°C. مع تصنيف T4 ودرجة حرارة بيئية 50°C، فإن الارتفاع الداخلي المسموح به للحاوية هو حوالي 85°C فقط، وهو غالبًا غير كافٍ. لقد أوصيت باستخدام T5 (100°C) لـ صناديق التوصيل وT6 (85°C) لـ موصلات الكابل ورؤوس التوصيل داخل حاويات القبة التي تقع مباشرة بجوار حاويات المحولات، لأن الحرارة المنقولة من المحول تدفع البيئة المحلية فوق ما تشير إليه درجة حرارة الهواء الخارجية. الترقية من T4 إلى T5 تكلفتها صغيرة مقارنة باستبدال لوحة تحكم محترقة فقدت شهادة Ex الخاصة بها بعد تدهور حراري.

وينطبق الشيء نفسه على رؤوس حساسات كاشف الغاز. حساس خرزة تحفيزية بتصنيف T4 ويعمل بالقرب من أقصى درجة حرارة بيئية له لمدة سنة سيتغير، وغالبًا ما يتم تجاهل تكرار المعايرة اللازمة للحفاظ عليه في المناطق البحرية حتى التفتيش القانوني التالي، مما يترك فجوة. رأس حساس T5 أو T6 مع إلكترونيات معالجة إشارة منخفضة الحرارة منفصلة في حاوية مختلفة هو ترتيب أكثر موثوقية.

مادة الحاوية وتصميم مدخل الكابل: أضعف حلقة في نظام المراقبة

أفضل كاشفات الغاز وكاميرات PTZ لا يمكنها العمل إذا تآكلت حاوياتها أو فقدت غدة الكابل ختم IP الخاص بها. بالنسبة لطاقة الرياح البحرية، أستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316L لجميع الحاويات التي تحتوي على إلكترونيات المراقبة، ليس لأن سبائك الألمنيوم غير كافية، ولكن لأن مزيج ضباب الملح والخدوش الطفيفة الحتمية في طلاء الألمنيوم يؤدي إلى تآكل خيطي يمكن أن يربط مسارات اللهب. لم تعد مسارات اللهب من نوع Ex d على حاوية متآكلة تفي بالمعايير، حتى لو كانت الجهاز لا يزال يعمل. لقد رأينا حاويات تفشل في التفتيش بعد عامين لأن المواصفات الأصلية كانت تستخدم الألمنيوم مع طلاء بودرة بوليستر لم يكن سميكًا بما يكفي لظروف البحر. حاويات GRP مقبولة لصناديق التوصيل في بعض المناطق، لكنها قد تتعرض للتشققات الدقيقة إذا تعرضت لاهتزاز مستمر؛ لنظام مراقبة يتضمن كاميرا بأجزاء متحركة (تدوير/إمالة)، يُفضل المعدن.

تصميم مدخل الكابل مهم أيضًا. الكابل المدرع مع غدة من النحاس الأصفر المطلي بالنيكل وغطاء حماية من السيول هو أساسنا. بالنسبة لكابلات الألياف البصرية التي تنقل فيديو الكاميرا إلى غرفة التحكم، يمنع تصريف التهوية في مسار الكابل العمودي تكثف الهواء داخل الغدة نفسها. تعلمت أن أُوصي بتركيب الغدة بحيث يكون مدخل الكابل مواجهًا للأسفل، ويجب أن يكون الطول الإجمالي للجزء غير المدرع داخل الحاوية أقل من 150 مم لتجنب وضع حيث يعوج عزل الكابل، الذي يلين بالحرارة، ويفتح مسارًا مباشرًا إلى الحاوية.

التكامل مع نظام المراقبة والاتصال عن بعد: ما يجب أن تسأله المورد

عندما نوفر نظام مراقبة لمشروع رياح بحري، يسأل العميل عادةً: "هل يدعم Modbus TCP؟ هل يمكنني تغذية البيانات في نظام SCADA الخاص بي باستخدام OPC UA؟" يجب أن تتجاوز الإجابة توافق البروتوكول. السؤال الحقيقي هو: هل يحتوي نظام المراقبة المقاوم للانفجار على مركز بيانات يمكنه تحديد أولويات إشارات الإنذار حتى عندما تكون الشبكة مزدحمة، وهل يمكنه ختم الأحداث بطوابع زمنية متوافقة مع IEC 61850 بحيث يمكن إعادة بناء تسلسل إنذار التفريغ الجزئي، وإنذار الغاز، ورحلة الدائرة بدقة بعد وقوع حادث؟ مجرد مسجل صندوق أسود يرسل كل سجل Modbus كل خمس ثوانٍ غير كافٍ. لقد صممت أنظمة حيث تعمل لوحة المراقبة الفرعية، الموجودة في خزانة Ex p مضغوطة في قاعدة البرج، بوحدة تحكم Linux مدمجة مع تخزين محلي لبيانات الاتجاه لمدة 30 يومًا. بهذه الطريقة، إذا انقطع رابط الألياف أثناء عاصفة، تظل التوربينة مراقبة محليًا ويتم ملء البيانات احتياطيًا عند استعادة الرابط.

التكوين عن بعد مهم أيضًا. الوصول البحري بطيء ومكلف. نظام المراقبة الذي يتطلب فصلًا ماديًا للمستشعرات للمعايرة أو تغييرات التكوين يكلف المشغل آلافًا في نفقات نقل الطاقم. لهذا السبب، تتضمن الأنظمة التي نقدمها معايرة صفرية وامتداد للمستشعرات عن بعد عبر بروتوكول HART من مركز التحكم البري، ويمكن تشغيل إعدادات الكاميرا المسبقة ودورة التنظيف عن بعد. عندما أكتب مواصفات، أتطلب أن تكون جميع وظائف المعايرة والتشخيص المعروضة على واجهة المستخدم المحلية متاحة أيضًا عبر واجهة الشبكة، دون الحاجة إلى ترخيص برنامج منفصل.

اختبار نظام المراقبة واختبار القبول في المصنع (FAT): ما نتحقق منه قبل الشحن

نجري اختبار قبول في المصنع (FAT) لكل نظام مراقبة قبل مغادرته ورشة العمل الخاصة بنا، ولكن للرياح البحرية أضيف اختبارات تتجاوز فحوصات IEC 60079 القياسية. على وجه التحديد، نختبر النظام المجمع بالكامل، بما في ذلك الكابلات والموصلات المتداخلة، تحت دورة حرارية من -20 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية مع مراقبة أي انقطاعات في الاتصال. البدء البارد عند -20 درجة مئوية مع نقع لمدة 12 ساعة إلزامي لأن التوربينة يمكن إيقاف تشغيلها في الشتاء ثم تشغيلها عن بعد، وإذا لم يستيقظ محرك دوران الكاميرا، يجب على الطاقم الانتظار نافذة طقس للزيارة. نجري أيضًا اختبار تكثيف: يتم وضع النظام في غرفة عند 40 درجة مئوية و 95٪ رطوبة نسبية لمدة 48 ساعة، ثم يتم خفض درجة الحرارة إلى -5 درجة مئوية على مدى 4 ساعات أثناء التشغيل بكامل طاقته. أي تكثيف داخلي يتكون في غلاف الكاميرا أو لوحة التحكم سيظهر كضباب على العدسة أو كقراءة مقاومة عزل منخفضة؛ كلاهما يفشل في اختبار FAT. هذا الاختبار غير مطلوب بموجب معايير Ex، ولكنه أنقذ أكثر من مشروع واحد من مشكلة بدء التشغيل في فصل الشتاء.

نتحقق أيضًا من أن فجوة مسار اللهب Ex d على جميع أغطية العلب ونوافذ الفحص ضمن التفاوت باستخدام مقياس سمك بعد الدورة الحرارية، لأن التمدد التفاضلي للعلبة والغطاء المثبت يمكن أن يغير الفجوة إذا لم يتم تصميم مخطط التثبيت للحفاظ على الضغط عبر نطاق درجة حرارة واسع. بالنسبة للرياح البحرية، حيث يمكن أن يتأرجح نطاق درجة الحرارة بسهولة بمقدار 30 درجة مئوية بين النهار والليل و 50 درجة مئوية موسميًا، فإن هذا الفحص ليس اختياريًا.

هيكل تكلفة المراقبة المقاومة للانفجار للرياح البحرية: ما الذي يدفع السعر فعليًا

عندما يرى مدير المشروع عرض أسعار لنظام مراقبة مقاوم للانفجار لتوربينة رياح بحرية، فإن أكبر رقم غالبًا ما يكون مادة العلب ووثائق الشهادات، وليس الإلكترونيات. يمكن أن تكون علب الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أغلى بـ 2 إلى 3 مرات من سبائك الألومنيوم، ولكن كما أوضحت، فإن فرق تكلفة الصيانة على مدى 10 سنوات يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ الخيار الأفضل. الشهادات هي محرك آخر: يجب أن تحمل كل مكون مراقبة شهادة IECEx أو ATEX تسرد مجموعة الغاز الدقيقة (IIC)، وفئة درجة الحرارة، وتصنيف IP، ونطاق درجة الحرارة المحيطة المطبقة على تركيب الرياح البحري. إذا أظهرت الشهادة نطاق درجة حرارة يصل إلى +40 درجة مئوية فقط، ويتطلب المشروع +50 درجة مئوية، فلا يمكن استخدام المكون، أو يجب الحصول على تقرير اختبار تكميلي من الشركة المصنعة. هذه الأوراق تكلف المال وتستغرق وقتًا.

التكامل مع اختبار القبول في المصنع (FAT) والوثائق البحرية الخاصة مثل إعلان المطابقة لتوجيه معدات البحرية (MED) لمكونات معينة يضيف أيضًا تكلفة ولكنه غالبًا ما يكون لا مفر منه لمشاريع الرياح البحرية الأوروبية. أنصح العملاء أو مخططي المشاريع بوضع ميزانية لهذه التكاليف الامتثال مقدمًا. من الأرخص بكثير تحديد المواد والاختبارات الصحيحة أثناء مرحلة الهندسة والتصميم الأولية (FEED) بدلاً من اكتشاف ذلك أثناء التشغيل أن المعدات المثبتة لا تلبي المتطلبات البحرية ويجب استبدالها بموجب أمر تغيير. عندما ترسل مواصفاتك إلى Warom (gm*@***om.com أو اتصل على +86 21 39977076) مع تفاصيل مثل الشهادات المطلوبة، وأنواع الكابلات، والظروف البيئية، يمكنني تقديم تفصيل للتكلفة يفصل بين عناصر الامتثال الإلزامية والميزات الاختيارية، حتى تتمكن من تحديد مكان تخصيص الميزانية دون مفاجآت لاحقًا.

أسئلة شائعة حول أنظمة المراقبة المقاومة للانفجار لأنظمة الطاقة الكهربائية للرياح البحرية

هل أنظمة المراقبة الآمنة جوهريًا (Ex i) خيار أفضل من Ex d للرياح البحرية؟
ليس للنظام بأكمله. Ex i ممتاز لرؤوس المستشعرات في المنطقة 0 أو المنطقة 1 حيث يكون التعرض المستمر للغاز ممكنًا ويجب أن يظل الجهاز آمنًا حتى أثناء حدوث خطأ. ومع ذلك، بالنسبة للكاميرات ومجمعات البيانات ومزودات الطاقة، فإن Ex i غير عملي بسبب قيود الطاقة. غالبًا ما نستخدم نظامًا هجينًا: كاشفات الغاز ومستشعرات الاهتزاز على دوائر Ex i، وعلب Ex d للإلكترونيات المراقبة الرئيسية. المفتاح هو ضمان عزل دوائر Ex i عن دوائر الطاقة الأعلى باستخدام حواجز معتمدة وأن فصل الكابلات يلبي متطلبات IEC 60079-14.

ما هي فترة الصيانة التي يجب أن أخطط لها لنظام مراقبة مقاوم للانفجار على توربينة رياح؟
أوصي بفحص مادي لمدة 12 شهرًا لجميع العلب والموصلات والمستشعرات، حتى لو لم يبلغ النظام عن أي أخطاء. يجب أن يشمل الفحص فحصًا بصريًا لأسطح مسار اللهب للتآكل، وقياس ضغط حشية IP، وفحص عزم دوران جميع صواميل قفل الموصلات. يجب إجراء اختبار دفع لكاشفات الغاز التي تستخدم مستشعرات الخرزة التحفيزية بغاز المعايرة كل 6 أشهر على الأقل، ومعايرة كاملة كل 12 شهرًا. إذا كان الموقع بعيدًا، فأنا أحدد مستشعرات كهروكيميائية بفترة معايرة أطول وفحوصات تشخيصية تلقائية يمكن تشغيلها عن بعد كل شهر.

كيف أتعامل مع نظام المراقبة عندما تكون التوربينة في منطقة تصنيف غير خطرة بشكل عام؟
حتى لو كان رسم المنطقة الخطرة الرسمي للتوربينة يظهر فقط منطقة 2 صغيرة حول خزانة البطارية، ما زلت أصنف معدات المراقبة في المنطقة المجاورة مباشرة لتلك الخزانة على أنها منطقة 2، وأستخدم على الأقل معدات Ex nA أو Ex ec. يوفر ذلك طبقة إضافية من الحماية دون التكلفة الكاملة لـ Ex d. ومع ذلك، إذا لم يكن تهوية خزانة البطارية مستقلة تمامًا عن تهوية الناسل، فأنا أتعامل مع الناسل على أنها منطقة 2. تم اكتشاف العديد من المشاريع عن طريق إثبات أن المنطقة آمنة فقط في ظل الظروف المثالية، متجاهلين سيناريوهات الصيانة حيث تكون التهوية متوقفة. إذا كان تصنيفك غير مؤكد، شارك رسومات المنطقة الحالية ومواصفات البطارية على gm*@***om.com ويمكنني أن أوصي بتخطيط مراقبة يكون متوافقًا وفعالًا من حيث التكلفة.

إذا كنت مهتمًا، اطلع على هذه المقالات ذات الصلة:

مخاطر غبار المنطقة 21: معدات كهربائية ذات حماية أساسية للانفجار
إضاءة ضد الانفجار لصوامع الحبوب ومطاحن الطحين: الامتثال للسلامة
الدليل النهائي للإضاءة المحمولة المقاومة للانفجار

مع أكثر من عقد من الخبرة، هو مهندس كهربائي مقاوم للانفجار متمرس متخصص في تصميم وتصنيع منتجات السلامة ومقاومة الانفجار. يمتلك خبرة عميقة في مجالات رئيسية بما في ذلك أنظمة مقاومة الانفجار، إضاءة الطاقة النووية، السلامة البحرية، حماية من الحرائق، وأنظمة التحكم الذكية. في شركة Warom Technology Incorporated، يشغل مناصب قيادية مزدوجة كمهندس نائب رئيس أول internationales للأعمال ورئيس قسم البحث والتطوير الدولي، حيث يشرف على مبادرات البحث والتطوير ويضمن تقديم وثائق التصميم بدقة للمشروعات الدولية. ملتزم بتعزيز السلامة الصناعية العالمية، يركز على ترجمة التقنيات المعقدة إلى حلول عملية، لمساعدة العملاء في تطبيق أنظمة تحكم أكثر أماناً وذكاءً وموثوقية حول العالم.

Qi Lingyi