آفاق جديدة لفحص البنية التحتية لشبكات الكهرباء
تُستخدم الطائرات بدون طيار (UAVs) بشكل متزايد في فحص أنظمة الطاقة الكهربائية نظرًا لكفاءتها وأمانها وقدرتها على الوصول إلى المكونات التي يصعب الوصول إليها. وتغطي تطبيقاتها في أنظمة الطاقة قطاعات التوليد، والنقل، والتوزيع، سواء في مجالات الطاقة المتجددة أو غير المتجددة. تهدف هذه المقالة إلى تعريف القارئ بالجوانب المختلفة لفحص بنية الشبكات باستخدام الطائرات بدون طيار، مع التركيز على الفحص البصري، الحراري، وفحص الكورونا لخطوط الطاقة.
التطبيقات الرئيسية
يمكن تصنيف التطبيقات الرئيسية للطائرات بدون طيار في أنظمة الطاقة بحسب الجزء الخاضع للفحص:
- فحص خطوط النقل وأبراج الكهرباء
- الفحص البصري: تُستخدم كاميرات عالية الدقة لالتقاط صور للعوازل، الموصلات، المسامير، والملحقات لاكتشاف التآكل أو التلف أو أعشاش الطيور.
- التصوير الحراري: يكتشف النقاط الساخنة الناتجة عن التوصيلات غير المحكمة أو التحميل الزائد والتي قد تؤدي إلى أعطال.
- كشف الهالة (تفريغ كورونا): تكتشف أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية (UV) مشاكل التفريغ الكهربائي (تأثير الهالة) غير المرئية للعين المجردة.
- النمذجة ثلاثية الأبعاد: باستخدام الفوتوجرامتري أو تقنية الليدار (كشف الضوء وتحديد المدى – LiDAR) تساهم النمذجة ثلاثية الأبعاد في الكشف عن تغلغل النباتات، كما تدعم تخطيط أعمال الصيانة وإدارة الأصول من خلال تقييم حالة الأبراج .ومواءمتها، ومراقبة ترهل خطوط الكهرباء
- فحص توربينات الرياح
- كشف تلف الشفرات: تستخدم الطائرات بدون طيار البصرية والحرارية الشقوق والصواعق والتآكل على الشفرات دون إيقاف التوربين.
- فحص هيكل التوربين ومحوره: تفحص الطائرات بدون طيار المكونات التي يصعب الوصول إليها أعلى التوربينات.
- فحص السلامة الهيكلية: يكشف عن الصدأ أو التلف الهيكلي، خاصة في مزارع الرياح البحرية.
- فحص محطات الطاقة الشمسية
- التصوير الحراري: يُحدد بسرعة الخلايا والألواح الكهروضوئية ضعيفة الأداء أو التي تعاني من عطل من خلال البصمات الحرارية (مثل النقاط الساخنة).
- المسح البصري: يكشف التلف المادي أو الأوساخ أو التظليل.
تحليل الأداء: دمج بيانات الطائرات مع البرمجيات لتقييم الكفاءة وتخطيط الصيانة.
- فحص المحطات الفرعية والمرافق
- الفحوصات البصرية والحرارية: تكشف عن السخونة زائدة، التآكل، أو التلف في المعدات.
- فحص الأسطح والهياكل: تُمكن من فحص المباني والمحولات من الأعلى بأمان.
- النمذجة ثلاثية الأبعاد: تساعد في التخطيط والصيانة وإدارة الأصول باستخدام الفوتوجرامتري أو تقنية الليدار (كشف الضوء وتحديد المدى – LiDAR).
فحص خطوط النقل وأبراج الكهرباء
لطالما واجهت الطرق التقليدية لفحص خطوط الكهرباء تحديات كبيرة، إذ تعتمد غالبًا على الدوريات الأرضية أو المروحيات المأهولة؛ الأولى تتطلب جهدًا ووقتًا كبيرين، والثانية مكلفة وخطيرة وصاخبة. في المناطق الوعرة أو ذات المناخ القاسي، تصبح هذه الطرق غير فعالة.
لذلك أصبحت الطائرات بدون طيار بديلاً فعالًا، حيث تعزز السلامة والكفاءة وتقلل التكاليف. تستخدم هذه الأنظمة أجهزة استشعار متنوعة مثل الكاميرات البصرية، الحرارية، وكاميرات الكورونا لجمع بيانات شاملة. تتركز التطبيقات في الفحص والكشف عن الأعطال.
الفحص البصري
تزود الطائرات بدون طيار، مثل M350 RTK بكاميرات بصرية عالية الدقة تلتقط صورًا ومقاطع فيديو مفصلة للمكونات الحرجة مثل العوازل، الموصلات، الأبراج، والوصلات. تساعد هذه الصور في اكتشاف التآكل، التلف، التركيبات المفكوكة، أو زحف النباتات. وعلى عكس عمليات الفحص اليدوية، تستطيع الطائرات بدون طيار تغطية مسافات كبيرة بسرعة والوصول إلى مواقع نائية أو خطرة بأقل قدر من المخاطر على فرق العمل.
بالإضافة إلى تعزيز السلامة والكفاءة، تدعم عمليات التفتيش القائمة على الطائرات بدون طيار استراتيجيات الصيانة القائمة على البيانات. ويمكن معالجة البيانات البصرية المجمعة باستخدام حزمة برامج مناسبة، مثل DJI Terra؛ كما يمكن للمتخصصين تطبيق خوارزميات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي للكشف التلقائي عن الأعطال وتحديد أولويات الإصلاحات. كما يمكن للطائرات بدون طيار إجراء عمليات تفتيش روتينية بشكل أكثر تكرارًا من الطرق التقليدية، مما يساعد شركات المرافق على الانتقال من نماذج الصيانة التفاعلية إلى نماذج الصيانة التنبؤية. يُحسّن هذا من موثوقية الشبكة، ويُقلل من وقت التوقف، ويُخفّض تكاليف التشغيل مع تقليل التأثير البيئي للمركبات الأرضية أو المروحيات.
“بشكل عام، زاد استخدام طائرة M300 RTK مع حمولة Zenmuse H20 Series من كفاءتنا بنسبة لا تقل عن 30٪. لذا، فهي ليست مجرد عملية شراء بل استثمار.” – جيك لاهمان، مدير أنظمة الطائرات بدون طيار، شركة Valmont Utility
التصوير الحراري
تُستخدم الطائرات بدون طيار المجهزة بكاميرات التصوير الحراري بشكل متزايد لفحص خطوط الطاقة والنقل، مما يوفر رؤىً مهمة حول السلوك الحراري للمكونات الكهربائية. تساعد هذه الفحوصات في تحديد الوصلات شديدة الحرارة، والعوازل المعطوبة، والأحمال غير المتوازنة، أو الموصلات المتدهورة – وهي مشاكل قد لا تكون مرئية أثناء عمليات الفحص البصري، ولكنها قد تؤدي إلى تعطل المعدات أو انقطاع التيار الكهربائي إذا تُركت دون اكتشاف. من خلال التقاط صور بالأشعة تحت الحمراء وفيديو حراري من الجو، يمكن للطائرات بدون طيار مسح شبكات الطاقة على نطاق واسع بسرعة دون الحاجة إلى إيقاف العمليات أو إرسال فرق العمل إلى ارتفاعات خطيرة.
تُعد عمليات الفحص الحراري بالطائرات بدون طيار قيّمة بشكل خاص للصيانة الوقائية والتنبؤية. تتيح البيانات المجمعة للمرافق اكتشاف العلامات المبكرة للإجهاد الكهربائي أو التدهور، وتحديد أولويات أنشطة الصيانة، وتجنب الإصلاحات الطارئة المكلفة. إلى جانب نظام التموضع العالمي (GPS) وبرامج التحليل، يمكن للطائرات بدون طيار أيضًا رسم خرائط للمناطق الساخنة بمرور الوقت، مما يتيح إجراء المقارنات زمنية وتحليل الاتجاهات. يُحسّن هذا من عملية اتخاذ القرارات، ويُحسّن موثوقية النظام، ويُطيل عمر الأصول، مع تقليل وقت التفتيش وتكلفة ومخاطر السلامة للعاملين الميدانيين.
كشف الهالة (تفريغ كورونا)
تفريغ الهالة – وهو تفريغ جزئي ناتج عن تأين الهواء المحيط بالموصلات – يُمكن أن يُشير إلى تدهور جودة العزل أو مخاطر تعطل المعدات في أنظمة نقل الطاقة.
يؤثر تفريغ الهالة على كفاءة خطوط الطاقة بعدة طرق ملموسة:
- فقدان الطاقة وانخفاض كفاءة الطاقة
تتراوح خسائر تفريغ كورونا من 0.1 إلى 2 كيلو واط لكل كيلومتر من خطوط الجهد العالي. ويمكن أن تُمثل ما يصل إلى 0.5% من إجمالي خسائر النقل، خاصةً في الشبكات القديمة أو سيئة الصيانة. - تسارع تدهور العازل
يُنتج تفريغ الهالة الأوزون وأكاسيد النيتريك التي تُسبب تدهورًا كيميائيًا للعوازل؛ وبالتالي، يُمكن أن تُقصّر عمر العازل بنسبة 30-50%. - زيادة تكاليف الصيانة
قد تزيد دورات الصيانة بنسبة 10-20% بسبب تأثيرات الهالة. - الضوضاء المسموعة والتداخل الكهرومغناطيسي
- مستويات الضوضاء المسموعة: 40-60 ديسيبل عند مستوى سطح الأرض في الظروف الرطبة.
- يمكن أن يُسبب أيضًا تداخلًا كهرومغناطيسيًا على مسافة عدة كيلومترات من خطوط الجهد العالي.
لذلك، يُعد كشف الهالة أمرًا بالغ الأهمية، إذ يُحسّن كفاءة وموثوقية خطوط الكهرباء. كان كشف الهالة يتضمن تقليديًا عمليات تفتيش يدوية باستخدام أجهزة كشف محمولة تعمل بالأشعة فوق البنفسجية (UV) أو فوق الصوتية، وهي أجهزة تتطلب جهدًا بشريًا مكثفًا وتستغرق وقتًا طويلاً، وقد تصحب استخدامها خطورة. أما الطائرات بدون طيار، فيمكنها حمل كاميرات تعمل بالأشعة فوق البنفسجية (UV) ، أو أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية، أو أجهزة كشف ترددات الراديو (RF)، مما يُتيح الكشف الدقيق عن بُعد عن نشاط الهالة دون مقاطعة التشغيل أو تعريض الأفراد لبيئات عالية الخطورة.
الخلاصة
يُمثل التفتيش باستخدام الطائرات بدون طيار، باستخدام الكاميرات البصرية والحرارية وكاميرات الكورونا، نقلة نوعية في كيفية مراقبة وصيانة خطوط الكهرباء والبنية التحتية للشبكات. فمن خلال توفير بدائل أكثر أمانًا وسرعةً وفعاليةً من حيث التكلفة مقارنةً بأساليب التفتيش التقليدية، تُعزز الطائرات بدون طيار الكفاءة التشغيلية، وتُقلل من فترات التوقف، وتدعم استراتيجيات الصيانة الاستباقية، مما يُؤدي إلى بناء شبكات طاقة أكثر ذكاءً وموثوقيةً ومرونة.
