الشبكة الثانية التي تمتد فوق خط كهرباء الجوف

حين يقع خلل على خط نقل عالي الجهد، تتحول المسافة إلى مشكلة.

قد يقع العطل على بُعد عشرات الكيلومترات من أقرب محطة تحويل. يحتاج المشغّلون إلى معرفة موضعه، وعلى أنظمة الحماية أن تقرر أي مقطع تعزله، وقد يتعين على قواطع الدائرة عند طرفي الخط أن تستجيب على الفور تقريباً.

لا تستطيع شبكة الكهرباء أن تنتظر مكالمة هاتفية.

إنها بحاجة إلى نظام اتصالات خاص بها.

وهذا النظام جزء من خط نقل الجوف مزدوج الدائرة جهد 380 كيلوفولت، وهو مشروع بطول 107 كيلومترات نفّذته شركة مجموعة سمايا المحدودة لصالح وزارة الطاقة في السعودية. ويعبر الخط منطقة طبرجل على 279 برجاً فولاذياً، حاملاً دائرتين عاليتي الجهد عبر منطقة الجوف.

أوضح أجزاء المشروع هي الأبراج والموصلات. أما الجزء الأقل وضوحاً فيمتد فوقها، وهو سلك أرضي ضوئي يحتوي على خيوط من الألياف البصرية.

إنها الشبكة الثانية المبنيّة داخل خط النقل.

السلك الذي فوق الأسلاك

انظر إلى برج نقل، وستستأثر الموصلات الغليظة المعلّقة من أذرعه العرضية بمعظم الانتباه. تلك هي الكابلات التي تحمل الطاقة الكهربائية.

وأعلى منها، قرب قمة المنشأ، كابل آخر.

يشغل سلك الأرضي الضوئي — ويُختصر عادة إلى OPGW — الموضع الذي جرت العادة أن يشغله سلك الحماية أو السلك الأرضي. وتساعد طبقاته المعدنية الخارجية في حماية خط النقل من الصواعق المباشرة، بينما في مركزه ألياف بصرية قادرة على حمل المعلومات لمسافات طويلة.

يتيح هذا الجمع لكابل واحد أن يؤدي وظيفتين مختلفتين تماماً.

فهو يحمي الخط الكهربائي مادياً، ويوفر في الوقت نفسه مساراً عالي السرعة للاتصال بالشبكة العاملة من حوله.

في مشروع نقل الجوف، رُكّب سلك الأرضي الضوئي بوصفه جزءاً من منظومة أوسع للألياف والحماية والتحكم والاتصالات. وهذا يعني أن الممر المكتمل لم يعد قادراً على نقل الكهرباء بين نقاط الشبكة فحسب، بل صار قادراً كذلك على تبادل المعلومات اللازمة لإدارة هذا النقل.

ويظهر حجم هذه الشبكة الثانية في جدول كميات المشروع. فالنطاق يغطي توريد 110.21 كيلومتر من سلك الأرضي الضوئي، وتركيب وترخيم 110.21 كيلومتر منه، على مسار يبلغ نحو 107 كيلومترات.

والفارق البالغ ثلاثة كيلومترات ليس خطأ. فالموصل الممدود بين الأبراج لا يسير في خط مستقيم، إذ يترخّم تحت وزنه، ويحتاج إلى فائض عند وصل المقاطع وعند إنزال الكابل في كل طرف. شبكة الألياف أطول قياساً من الممر الذي تتبعه.

لماذا يحتاج خط النقل إلى التخاطب

يُنتظر من أنظمة الكهرباء أن تعمل بلا انقطاع، لكنها ليست في مأمن من الأعطال.

فالصواعق أو المعدات المتضررة أو انهيار العزل أو التماس مع جسم خارجي، كلها قد تُحدث ظروفاً كهربائية غير طبيعية. وحين يقع ذلك، لا بد من تحديد الجزء المتأثر وعزله سريعاً.

تقيس مرحّلات الحماية التيار والجهد وسلوكيات كهربائية أخرى. وإذا دلّت القياسات على عطل، تحدد المرحّلات أي قواطع الدائرة ينبغي أن تُفتح.

وعلى خط نقل طويل، قد تحتاج أجهزة الحماية عند الطرفين إلى مقارنة المعلومات قبل اتخاذ ذلك القرار.

والألياف داخل سلك الأرضي الضوئي هي ما يمنحها مساراً مخصصاً.

تستطيع إشارات الحماية عن بُعد أن تنتقل بين محطات التحويل دون الاعتماد على شبكة اتصالات عامة. فيُعلم أحد طرفي الخط الطرف الآخر باكتشاف عطل، ما يتيح للطرفين عزل الدائرة المتأثرة بصورة منسّقة.

وهذه السرعة مهمة.

فكلما طال بقاء تيار العطل في المنظومة، زاد الإجهاد الواقع على الموصلات والمحوّلات ومعدات المفاتيح وسائر المعدات المتصلة. والعزل السريع يساعد في الحد من الضرر ويقلّل حجم الجزء المتأثر من الشبكة.

دائرتان وممر واحد مشترك

يحمل خط نقل الجوف جهد 380 كيلوفولت دائرتين كهربائيتين على مسار الأبراج نفسه.

ويتيح التصميم مزدوج الدائرة تركيب قدرة نقل أكبر داخل ممر واحد، كما يمنح المشغّلين مرونة إضافية حين تكون إحدى الدائرتين خارج الخدمة للصيانة أو بسبب ظرف في الشبكة.

وتبقى الدائرتان منفصلتين كهربائياً، لكنهما جزء من المشروع المادي نفسه. فموصلاتهما وعوازلهما وأبراجهما وأنظمة تأريضهما وروابط اتصالهما لا بد أن تكون منسّقة جميعاً.

وينشأ عن ذلك قدر كبير من المعلومات التي يديرها المشغّلون.

إذ يحتاجون إلى معرفة ما إذا كانت المعدات مكهربة، وما إذا كانت أنظمة الحماية سليمة، وما إذا كانت القواطع مفتوحة أم مغلقة، وما إذا كانت الظروف على امتداد الخط ما تزال ضمن حدود التشغيل.

ونظام الاتصالات هو ما يتيح لهذه التفاصيل أن تنتقل جنباً إلى جنب مع الكهرباء نفسها.

من معدات الموقع إلى نظام التحكم

الألياف وحدها لا تجعل خط النقل ذكياً.

فهي تصبح ذات فائدة حين تُربط بمعدات الحماية والاتصالات والتحكم عند كل طرف من طرفي المسار. ويشمل نطاق الجوف مجموعتين من معدات الاتصالات الطرفية ومجموعتين من تكامل سكادا والحماية عن بُعد، واحدة عند كل طرف من الخط، وهي ما يحوّل طولاً من الألياف المركّبة إلى رابط عامل بين منشأتين في الشبكة.

وقد تشمل المعلومات المنتقلة عبر خط الجوف ما يلي:

• أوامر الحماية؛
• حالة المعدات؛
• الإنذارات؛
• القياسات التشغيلية؛
• معلومات الأعطال؛
• بيانات التحكم؛
• الاتصال بين محطات التحويل وأنظمة إدارة الشبكة.

وتجمع أنظمة سكادا — أي التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات — كثيراً من هذه المعلومات في بيئة تشغيلية يستطيع فيها المخوّلون مراقبة المنظومة.

فتغيّر وضع أحد القواطع يمكن أن يُبلَّغ عنه.

والحالة غير الطبيعية يمكن أن تولّد إنذاراً.

ومعدات الحماية يمكن أن تسجّل ما جرى أثناء العطل.

وعندئذ يستطيع المشغّلون فهم حالة الخط دون الانتقال مادياً عبر مساره البالغ 107 كيلومترات.

وهذه الرؤية مهمة على وجه الخصوص لبنية تحتية موزّعة على مئات مواضع الأبراج. فالمنشآت الفولاذية قد تكون منتشرة في المشهد، لكن حالتها التشغيلية لا بد أن تُعرض بوصفها منظومة واحدة مترابطة.

لماذا لا تكفي الاتصالات الاعتيادية

قد تكون شبكة الهاتف المحمول أو الإنترنت العامة مقبولة لكثير من الأنشطة اليومية. أما حماية خط نقل جهد 380 كيلوفولت فتقتضي شيئاً أكثر إحكاماً.

فالشبكة يجب أن تبقى متاحة حين تكون منظومة الكهرباء تحت الضغط. والإشارات يجب أن تصل بسرعة وعلى نحو قابل للتنبؤ. كما أن معدات الاتصالات لا بد أن تعمل مع أجهزة حماية مصممة لعمليات شبكية متخصصة.

ومسار الألياف المخصص يمنح مشغّل النقل تحكماً أكبر في مسار الاتصال ذاك.

ولأن سلك الأرضي الضوئي يتبع الممر المادي نفسه الذي يتبعه خط الكهرباء، فإنه يربط مواقع الشبكة المعنية مباشرة. ولا يحتاج إلى حفر خندق منفصل على المسافة كاملة، ويبقى مرتبطاً بالبنية التحتية التي يخدمها.

غير أن تركيبه يظل يقتضي دقة.

فالكابل يجب أن يُمدّ ويُشدّ على النحو الصحيح. ومقاطع الألياف يجب أن تُلحم. والاختبارات البصرية يجب أن تؤكد قدرة الإشارات على العبور خلال المسار المكتمل دون فقد غير مقبول أو عيوب خفية.

ويسمّي نطاق الجوف ذلك الاختبار صراحة، وهو لحام الألياف واختبار OTDR واختبار القبول على امتداد 110.21 كيلومتر كاملة. فجهاز قياس الانعكاس الضوئي الزمني يرسل نبضة ضوئية في الألياف ويقيس ما يعود منها، وهذه هي الطريقة التي تُكتشف بها وصلة ذات فقد زائد، أو كسر في كابل يبدو من الأرض سليماً تماماً، ويُحدد موضعها قبل تسليم الخط.

وهكذا تُنشأ شبكة الاتصالات وتُختبر وتُشغَّل بالجدية نفسها التي تُعامل بها المنظومة الكهربائية من حولها.

دور الأبراج الـ279

لا تكتفي أبراج مشروع الجوف البالغة 279 برجاً بحمل موصلات الأطوار فوق الأرض.

فهي تحمل كذلك سلك الأرضي الضوئي من طرف المسار إلى طرفه الآخر.

وعند مواضع مختارة، تتيح صناديق وصل الألياف ربط مقاطع الكابل المنفصلة. ويُدرج نطاق المشروع 28 صندوق وصل لسلك الأرضي الضوئي على امتداد المسار، ولوحتي إنهاء للألياف، واحدة عند كل طرف، حيث تلتقي الألياف أخيراً بمعدات الاتصالات والحماية المرتبطة بالخط.

ومعنى ذلك أن كل برج جزء من شكلين من الاستمرارية.

الأول كهربائي، وهو الحفاظ على الوضع والخلوص المطلوبين لموصلات الجهد العالي.

والثاني رقمي، وهو إسناد مسار ألياف متصل بلا انقطاع عبر ممر النقل.

والضرر الذي يلحق بأي من الشبكتين قد يؤثر في تشغيل الخط، ولهذا يشكّل التركيب والتأريض والحماية من الصواعق واختبار الاتصالات أجزاءً من مشروع واحد لا إضافات لاحقة منفصلة.

مشروع الجوف لمجموعة سمايا

نفّذت شركة مجموعة سمايا المحدودة أعمال الهندسة والتوريد والإنشاء لخط الجوف الهوائي مزدوج الدائرة جهد 380 كيلوفولت بين عامي 2021 و2023، بموجب عقد قيمته 201,612,900 ريال سعودي.

وجمع المشروع بين تخصصات عدة على امتداد ممر طبرجل:

• هندسة المسار والمساحة الطبوغرافية؛
• الأعمال المدنية وإنشاء الأساسات؛
• توريد الأبراج ونصبها؛
• تركيب موصلات الجهد العالي؛
• أعمال سلك الأرضي الضوئي والألياف البصرية؛
• أنظمة الحماية والتحكم؛
• الاتصالات؛
• الاختبار والربط بالشبكة.

ولم يكن ممكناً التعامل مع منظومة الألياف بوصفها ملحقاً أخيراً يُضاف بعد إتمام الأعمال الكهربائية.

فمسارها اعتمد على الأبراج. واختبارها اعتمد على اكتمال اللحامات ونقاط الإنهاء. وغرضها التشغيلي اعتمد على نجاح تكاملها مع أنظمة الحماية والتحكم في منشآت الشبكة المتصلة.

ولم يكتمل الخط إلا حين صار في مقدور الكهرباء والمعلومات معاً أن تعبرا عليه.

رؤية خط الجوف على نحو مختلف

من على الأرض، يبدو مشروع الجوف قطعة مألوفة من بنية النقل التحتية، أبراج فولاذية تحمل موصلات عالية الجهد عبر مسار طويل.

وهذه رؤية صحيحة، لكنها ناقصة.

فوق الموصلات تمتد شبكة اتصالات تتيح لمعدات يفصل بينها أكثر من 100 كيلومتر أن تتصرف بوصفها أجزاء من منظومة واحدة.

إنها تساعد أجهزة الحماية على التنسيق أثناء الأعطال. وتمنح المشغّلين رؤية على الخط. وتحمل معلومات التحكم والتشغيل اللازمة لإدارة وصلة شبكية حديثة.

الأبراج تدل على مسار الكهرباء.

والألياف تفسّر كيف تعرف الشبكة ما يجري على امتداده.