مبدأ وبنية وتشغيل وصيانة الحماية من الغازات في المحولات

1. ما هو الغاز؟

يتكون الغاز نتيجة تحلل السليلوز والمواد العضوية بفعل البكتيريا اللاهوائية في المراحل الأولى لتراكم الفحم بواسطة النباتات القديمة. في بيئة ذات درجة حرارة وضغط مرتفعين، يستمر توليد الغاز بفعل العوامل الفيزيائية والكيميائية أثناء تكوّن الفحم. الغاز عديم اللون والرائحة، ولكن قد تنبعث منه أحيانًا رائحة تشبه رائحة التفاح، نتيجة انبعاث الهيدروكربونات العطرية والغاز معًا. تبلغ الكثافة النسبية للغاز إلى الهواء 0.554، وكثافته في الظروف القياسية 0.716 كجم/م³. نفاذية الغاز أعلى بـ 1.6 مرة من نفاذية الهواء. وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولا يساعد على الاحتراق، ولا يسمح بالتنفس. قد يؤدي إلى الاختناق بسبب نقص الأكسجين، وقد يتسبب في الحروق أو الانفجار.

المكونات الرئيسية للغاز هي الألكانات، ويُشكّل الميثان غالبيتها العظمى، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من الإيثان والبروبان والبيوتان. كما يحتوي عادةً على كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والرطوبة، فضلاً عن آثار ضئيلة من الغازات الخاملة مثل الهيليوم والأرجون. في الظروف العادية، يكون الميثان والبيوتان في الحالة الغازية، بينما يكون البنتان وما فوقها سائلاً. في حالة اشتعال النار، قد يحترق الغاز، مما قد يُسبب انفجارًا غازيًا يُهدد سلامة عمال المناجم بشكل مباشر.

2. تعريف الحماية من الغاز

في مرحل الحماية من الغاز، يتكون الجزء العلوي من عوامة محكمة الإغلاق، بينما يتكون الجزء السفلي من حاجز معدني، وكلاهما مزود بموصلات زئبقية محكمة الإغلاق. تدور العوامات والحواجز حول محاورها. أثناء التشغيل العادي، يكون المرحل مملوءًا بالزيت، وتكون العوامة مغمورة فيه، وفي وضع الطفو، ويكون موصل الزئبق مفصولًا. يترهل الحاجز بفعل وزنه، فينفصل موصل الزئبق الخاص به أيضًا. عند حدوث عطل طفيف داخل المحول، يتولد الغاز ببطء، ويتراكم أولًا في الجزء العلوي من مرحل الغاز في طريقه إلى خزان الزيت، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الزيت، وهبوط العوامة لإغلاق موصل الزئبق، وتفعيل إشارة تأخير التشغيل، وهذا ما يُعرف بـ "الغاز الخفيف". عند حدوث عطل خطير داخل المحول، يتولد غاز كثيف، ويرتفع الضغط في خزان الزيت بشكل فوري، مما يؤدي إلى تدفق كمية كبيرة من الزيت باتجاه وسادة الزيت. وبسبب اصطدام تدفق الزيت بالحاجز، يتغلب الحاجز على مقاومة الزنبرك، ويدفع المغناطيس للتحرك باتجاه نقطة تلامس الزنبرك، فيغلق دائرة التلامس الزئبقية، ويشغل دائرة الفصل، ويفصل قاطع الدائرة. هذا ما يُعرف بـ"الغاز الكثيف". يعمل الغاز الكثيف على قطع التيار الكهربائي عن المحول فورًا، وذلك لتجنب تفاقم العطل، ويؤدي دوره في حماية المحول.

توجد أنواع مختلفة من مرحلات الغاز، مثل مرحلات العوامة، ومرحلات الحاجز، ومرحلات الكوب المفتوح. تستخدم معظمها مرحلات QJ-80، حيث تُوصل دائرة الإشارة بالكوب المفتوح، بينما تُوصل دائرة الفصل بالحاجز. وتعني إشارة الحماية من الغاز إغلاق دائرة الإشارة في الكوب المفتوح العلوي للمرحل لأسباب مختلفة، مما يؤدي إلى إضاءة لوحة المؤشر.

تنص اللوائح على ما يلي: بالنسبة للمحولات المغمورة بالزيت بسعة 800 كيلو فولت أمبير وما فوق، والمحولات المغمورة بالزيت بسعة 400 كيلو فولت أمبير وما فوق، يجب تركيب حماية من الغاز.

3. تصنيف الحماية من الغاز

تنقسم الحماية من الغاز بشكل عام إلى فئتين: الغاز الخفيف والغاز الثقيل.

1. الحماية من الغاز الخفيف: عندما ترتفع درجة حرارة المحول أو يتم تفريغه جزئيًا، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة زيت المحول، وتوليد كمية معينة من الغاز، والتي يتم تجميعها في المرحل، وعندما يتم الوصول إلى كمية معينة، يتم تشغيل المرحل وإرسال إشارة.

2. الحماية من الغاز الثقيل: بعد حدوث ماس كهربائي خطير في المحول، سيكون له تأثير على زيت المحول، مما يتسبب في تدفق كمية معينة من الزيت إلى حاجز المرحل وفصل التيار.

4. نطاق حماية الغاز

يُعد نظام الحماية بالغاز وسيلة الحماية الرئيسية للمحول، حيث يكشف جميع الأعطال في الخزان، بما في ذلك: قصر الدائرة متعدد الأطوار في خزان الوقود، وقصر الدائرة بين لفات الملفات، وقصر الدائرة بين الملفات والقلب الحديدي أو الغلاف، وتلف القلب الحديدي، وانخفاض مستوى الزيت أو تسربه، وضعف توصيل مُغير الجهد أو ضعف لحام الأسلاك، وغيرها. يتميز نظام الحماية بالغاز بسرعة استجابته وحساسيته وموثوقيته، كما أنه بسيط التركيب. مع ذلك، لا يكشف أعطال الدائرة الخارجية لخزان الزيت (مثل سلك التوصيل)، لذا لا يُمكن الاعتماد عليه كجهاز الحماية الوحيد للأعطال الداخلية للمحول. إضافةً إلى ذلك، فإن نظام الحماية بالغاز عُرضة للعطل عند تعرضه لبعض العوامل الخارجية (مثل الزلازل).

يؤدي مرحل Buchholz الخاص بمفتاح تنظيم الجهد أثناء تشغيل المحول نفس وظيفة مرحل Buchholz الخاص بالمحول الرئيسي، مع اختلاف مواقع التركيب والنماذج.

خامساً، طريقة تركيب الحماية

يتم تركيب مرحل بوخهولز على خط الأنابيب الواصل بين المحول وخزان الزيت. أثناء التركيب، يجب مراعاة ما يلي:

1. أولاً، أغلق صمام الفراشة الموجود على خط أنابيب ترحيل الغاز بإحكام. إذا لم يكن صمام الفراشة مغلقًا بإحكام أو كانت هناك ظروف أخرى، فيمكن تصريف الزيت الموجود في وسادة الزيت إذا لزم الأمر لمنع فيضان كمية كبيرة من الزيت أثناء العمل.

٢. قبل تركيب مرحل الغاز الجديد، تحقق من وجود شهادة فحص، ومن صحة القطر ومعدل التدفق، ومن سلامة الأجزاء الداخلية والخارجية. في حال وجود أي عطل مؤقت، يجب تفكيكه. وأخيرًا، تحقق من عمل العوامة والحاجز والإشارة وملامس الفصل. تأكد من موثوقيتها، ثم أغلق صمام التنفيس.

3. يجب تركيب مرحل الغاز أفقيًا، بحيث يشير السهم الموجود على الغطاء العلوي إلى وسادة الزيت. في هذا المشروع، يُسمح بأن يكون محور المرحل أعلى قليلًا عند نهاية وسادة الزيت، على ألا تتجاوز نسبة ميله عن المستوى الأفقي 4%.

٤. افتح صمام الفراشة لملء مرحل الغاز بالزيت، ثم فرّغ الهواء من صمام تنفيس الهواء بعد الملء. إذا كانت وسادة الزيت مزودة بكبسولة، فيجب الانتباه إلى طريقة ملء وتفريغ الزيت لتقليل دخول الغاز إلى الوسادة ومنعه تمامًا.

5. عند تنفيذ أسلاك الحماية، من الضروري منع التوصيل الخاطئ والماس الكهربائي، وتجنب التشغيل أثناء التشغيل، وفي نفس الوقت منع القضيب الموصل من الدوران ورأس الخزف الصغير من تسرب الزيت.

6. قبل بدء التشغيل، يجب إجراء اختبار اهتزاز العزل واختبار النقل.

6. اختبار عناصر مرحلات الغاز

يجب إجراء بنود الفحص والاختبار التالية قبل تركيب واستخدام مرحل الغاز:

1. بنود الفحص العامة:

النافذة الزجاجية وصمام تحرير الهواء وإبرة التحكم وطرف التوصيل خالية تمامًا من تسرب الزيت، والعوامة والكأس المفتوح والنافذة الزجاجية وما إلى ذلك خالية تمامًا من الشقوق.

2. عناصر الاختبار

2.1. اختبار منع التسرب: اختبار تسرب ضغط الزيت الكلي (الضغط 20 ملي باسكال، المدة ساعة واحدة)، يجب ألا يكون هناك أي تسرب.

2.2. اختبار قوة عزل الأطراف: يتم تطبيق جهد تردد الطاقة بين طرفي الإخراج بجهد 2000 فولت لمدة دقيقة واحدة. يمكن أيضًا قياس مقاومة العزل باستخدام مقياس مقاومة عالي (ميغا أوم) بجهد 2500 فولت. يجب أن تكون مقاومة العزل أعلى من 300 ملي أوم.

2.3. اختبار حجم عمل الغاز الخفيف: عندما يتم تجميع 250-300 سم مكعب من الهواء في الغلاف، يجب أن يعمل الغاز الخفيف بشكل موثوق.

2.4. اختبار سرعة تدفق الغاز الثقيل.

7. الفحص اليومي

تنص لوائح تشغيل محولات الطاقة DL/T572-95 (المشار إليها فيما يلي باسم "اللوائح") على أنه في الفحص اليومي للمحولات، فإن أول شيء يجب التحقق منه هو ما إذا كان هناك غاز في مرحل الغاز، ويجب أن يولي فحص الغاز اهتمامًا للنقاط التالية:

1. يجب أن يكون الصمام الموجود على أنبوب التوصيل الخاص بمرحل الغاز في وضع الفتح.

2. يجب أن يكون جهاز التنفس الخاص بالمحول في حالة عمل طبيعية.

3. يجب وضع قطعة توصيل الحماية من الغاز بشكل صحيح.

4. يجب أن يكون مستوى الزيت في وسادة الزيت في الوضع الصحيح، وأن يكون المرحل ممتلئًا بالزيت.

5. يجب أن يكون الغطاء المقاوم للماء لمرحل الغاز محكمًا.

٦- يجب ألا تتسرب الزيوت من أطراف المرحل، ويجب أن تكون قادرة على منع دخول المطر والثلج والغبار. يجب أن يكون مصدر الطاقة ودائرته الثانوية مزودين بإجراءات مقاومة للماء والزيوت والتجمد، ويجب فحصهما دوريًا في فصلي الربيع والخريف للتأكد من مقاومتهما للماء والزيوت والتجمد.

ثامناً، عملية الحماية من الغاز

عندما يكون المحول في حالة التشغيل العادية، يعمل مرحل بوخهولز دون أي خلل. وفيما يتعلق بحالة تشغيل مرحل بوخهولز، تتضمن اللوائح الأحكام التالية:

1. عند تشغيل المحول، يجب توصيل جهاز الحماية من الغاز بالإشارة والفصل، ويجب توصيل جهاز الحماية من الغاز لمغير الصنبور تحت الحمل بالفصل.

2. عندما يقوم المحول بالعمل التالي أثناء التشغيل، يجب إعادة توصيل نظام الحماية من الغاز الثقيل بالإشارة:

2.1. عند استخدام قاطع دائرة واحد للتحكم في محولين، عندما يتم تحويل أحدهما إلى وضع الاستعداد، يجب إعادة توصيل محول الاستعداد بالإشارة.

2.2. عند ترشيح الزيت، أو إعادة تعبئة الزيت، أو استبدال مضخة الزيت الغاطسة، أو استبدال مادة امتصاص الزيت، وفتح وإغلاق الصمام الموجود على أنبوب التوصيل الخاص بمرحل الغاز.

2.3. عند العمل على حماية الغاز ودائرته الثانوية.

2.4. باستثناء صمام عينة الزيت وصمام تحرير الهواء في الجزء العلوي من مرحل Buchholz، افتح صمامات تحرير الهواء وتصريف الزيت ومدخل الزيت في جميع الأماكن الأخرى.

2.5. عندما يرتفع مستوى الزيت في مقياس مستوى الزيت بشكل غير طبيعي أو عندما يكون هناك ظواهر غير طبيعية في نظام السحب والشفط، فمن الضروري فتح صمام تحرير الهواء أو صمام تصريف الزيت.

3. خلال فترة التنبؤ بالزلازل، يجب تحديد نمط تشغيل نظام الحماية بالغاز الثقيل وفقًا للظروف الخاصة بالمحول وأداء مرحل الغاز في حالة الزلازل. يجب فحص واختبار المحولات الخارجة عن الخدمة بسبب نظام الحماية بالغاز الثقيل نتيجة الزلازل قبل إعادة تشغيلها، ولا يُسمح بإعادة تشغيلها إلا بعد التأكد من خلوها من أي خلل.

9. أسباب اتخاذ إجراءات الحماية من الغاز

1. أسباب عمل الغاز الخفيف

1.1. يدخل الهواء إلى المحول بسبب ضعف فلتر الزيت أو نظام إعادة التزود بالوقود أو نظام التبريد.

1.2. مستوى الزيت أقل من مستوى ضوء مؤشر الغاز بسبب انخفاض درجة الحرارة أو تسرب الزيت.

1.3. ينتج عن عطل في المحول كمية صغيرة من الغاز

1.4. يُعاني المحوّل من عطل قصر دائرة عابر. تحت تأثير تيار العطل المتغلغل، تتسارع سرعة تدفق الزيت بين فجوات الزيت. عندما يتغير فرق الضغط بين فجوة الزيت والسطح الخارجي للملف بشكل كبير، قد يتعطل مرحل الغاز. يتسبب تيار العطل العابر في ارتفاع درجة حرارة الملف. عندما يكون تيار العطل كبيرًا، ترتفع درجة حرارة الملف بسرعة، مما يؤدي إلى تمدد حجم الزيت، وبالتالي تعطل مرحل الغاز.

1.5، عطل في مرحل الغاز أو الدائرة الثانوية.

قد تتسبب العوامل المذكورة أعلاه في تفعيل إشارة الحماية من الغاز.

10. المعالجة بعد إجراء الحماية من الغاز

1. بعد تشغيل جهاز الحماية من الغاز في المحول، يجب فحصه بعناية وتحليله بدقة والحكم عليه بشكل صحيح، ويجب اتخاذ التدابير على الفور.

أ. عند تفعيل إشارة الحماية من الغاز، يجب فحص المحول فورًا لتحديد سبب التفعيل، سواء كان تراكمًا للهواء، أو انخفاضًا في مستوى الزيت، أو عطلًا في الدائرة الثانوية، أو عطلًا داخليًا في المحول العلوي. في حال وجود غاز في مرحل الغاز، يجب تسجيل كمية الغاز، وملاحظة لونه، واختبار قابليته للاشتعال، وأخذ عينات من الغاز والزيت لتحليلها كروماتوغرافيًا. يمكن تحديد طبيعة عطل المحول وفقًا للوائح والإرشادات ذات الصلة. يشير التحليل الكروماتوغرافي إلى التحليل النوعي والكمي للهيدروجين، والأكسجين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، والإيثان، والإيثيلين، والأسيتيلين، وغيرها من الغازات الموجودة في الغاز المجمع باستخدام جهاز كروماتوغرافي. يُحدد هذا التحليل بدقة طبيعة العطل، واتجاه تطوره، وشدته.

ب. إذا كان الغاز الموجود في مرحل الغاز عديم اللون والرائحة وغير قابل للاشتعال، وحدد التحليل الكروماتوغرافي أنه هواء، فيمكن للمحول الاستمرار في العمل والقضاء على عيب مدخل الهواء في الوقت المناسب.

إذا كان الغاز الموجود في مرحل الغاز قابلاً للاشتعال وكانت نتيجة التحليل الكروماتوغرافي للغاز المذاب في الزيت غير طبيعية، فيجب إجراء تقييم شامل لتحديد ما إذا كان المحول خارج الخدمة.

٢. عند تعطل مرحل بوخهولز، لا يجوز تشغيل المحول حتى يتم تحديد السبب وإصلاح العطل. ولتحديد الأسباب، ينبغي مراعاة العوامل التالية بشكل أساسي وإجراء تقييم شامل.

أ. ما إذا كان التنفس ضعيفاً أو مرهقاً؛

ب. ما إذا كانت الدوائر الثانوية مثل الحماية والتيار المستمر طبيعية؛

ج. ما إذا كان مظهر المحول يحتوي على أي ظاهرة غير طبيعية تعكس بوضوح طبيعة العطل؛

د. ما إذا كان الغاز المتراكم في مرحل الغاز قابلاً للاشتعال؛

هـ. نتائج التحليل الكروماتوغرافي للغاز الموجود في مرحل الغاز والغاز المذاب في الزيت؛

و. نتائج الاختبارات الكهربائية اللازمة؛

ز. عمل أجهزة الحماية المرحلية الأخرى للمحول.

11. تدابير السلامة المتعلقة بالحماية من الغاز

في نظام الحماية من الغاز، يُرسل النظام الخفيف إشارة تنبيهية لتذكير فريق الصيانة بالتعامل مع المحول فورًا؛ أما النظام الخطير فيفصل مفتاح المحول، مما يؤدي إلى توقفه عن العمل فورًا، وهو ما لا يضمن استمرارية التيار الكهربائي. وقد طُرحت تدابير وقائية لمنع الحوادث في نظام الحماية من الغاز.

1. قم بتغيير العوامة السفلية لمرحل الغاز إلى النوع الحاجز والملامس إلى النوع الرأسي لتحسين موثوقية عمل الغاز الثقيل.

2. لمنع حدوث قصر في دائرة مرحل الغاز بسبب تسرب المياه، يجب اتخاذ تدابير مقاومة للمطر على أطرافه وصناديق أطراف كابلات التوصيل.

3. يجب أن يكون سلك التوصيل الخاص بمرحل الغاز سلكًا مقاومًا للزيت.

4. يجب توصيل أسلاك وكابلات مرحل الغاز بالأطراف الموجودة في صندوق طرفية كابل التوصيل على التوالي.