أساسيات محولات الطاقة

1. 2. التصنيف حسب اللف

2. (1) محول ذو ملف مزدوج: يستخدم في محول رفع الجهد، ومحول خفض الجهد، ومحول المصنع، وما إلى ذلك.

3. (2) محول ثلاثي الملفات: يستخدم لمحولات خفض الجهد، ومحولات الربط، وما إلى ذلك.

4. (3) محول الاقتران الذاتي: يستخدم لمحولات خفض الجهد، ومحولات الربط، وما إلى ذلك.

5. (4) المحول المنفصل: هناك نوعان من المحولات المنفصلة المحورية والشعاعية، والتي تستخدم في محولات المصانع ومحولات بدء التشغيل.

7.3. التصنيف حسب البنية

8. (1) محول أحادي الطور: يستخدم للمحولات 330 ~ 1000 كيلو فولت.

9. (2) محول ثلاثي الأطوار: يستخدم لمحولات 10~500 كيلو فولت.

10. (3) المحول المدمج: يتم تقسيم المحول إلى عدة أجزاء، ويتم تجميع المحول بعد وصوله إلى الموقع، وهو يستخدم في المناطق ذات حركة المرور غير المريحة.

12. 4. التصنيف حسب طريقة التبريد

13. (1) محول مغمور بالزيت: يستخدم للمحولات 10~1000 كيلو فولت.

14. (2) محول من النوع الجاف: يستخدم للمحولات 10~110 كيلو فولت.

15. (3) محول SF6: يستخدم حاليًا لمحولات 110 كيلو فولت.

17. 5. نموذج محول الطاقة

19. (1) معنى الأحرف في النموذج

21. د - أحادي الطور، و - تبريد الهواء بالغمر الزيتي

22. O - ذاتي، P - دوران الزيت القسري

23. S—ثلاثي الطور أو ثلاثي الملفات J—تبريد ذاتي مغمور بالزيت

24. Z - منظم جهد التشغيل L - ملف ألومنيوم

26. * لا تحتاج الملفات النحاسية والملفات المزدوجة إلى إضافة رموز.

28. (2) مثال

30. SFPSL—120000/110: محول كهربائي ثلاثي الأطوار ذو ثلاث ملفات، يعمل بنظام تبريد الهواء بتدوير الزيت القسري، بقدرة 110 كيلو فولت و120 ميجا فولت أمبير.

32. OSFPSZ—240000/330: محول كهربائي ثلاثي الأطوار، ثلاثي الملفات، بقدرة 330 كيلو فولت و240 ميجا فولت أمبير، مزود بنظام تنظيم الجهد تحت الحمل، ونظام تبريد هوائي بتدوير الزيت القسري، ونظام اقتران ذاتي.

ثانيًا، ملف محول الطاقة

الملف هو الجزء الأكثر أهمية وتعقيداً في محول الطاقة. وهو مصنوع من سلك نحاسي (أو ألومنيوم) ويتكون من أجزاء عازلة خاصة.

1. ملف حلزوني

تتميز الملفات الحلزونية بكثرة الأسلاك المتوازية فيها، حيث تُلفّ حزمة الأسلاك بشكل حلزوني، وتُشكّل كل حزمة سلك لفة واحدة. تتمتع هذه الملفات بثبات ميكانيكي عالٍ، وتبديد حراري ممتاز، وجودة تصنيع عالية، ولذا فهي تُستخدم على نطاق واسع في ملفات المحولات ذات الجهد المنخفض والتيار العالي.

يمكن لف الملف الحلزوني في ثلاثة هياكل: حلزون مفرد، حلزون مزدوج، وحلزون رباعي، وذلك حسب حجم التيار.

2. ملف متصل

عندما يتكون الملف من عدة أجزاء سلكية موزعة على طول الاتجاه المحوري ولا تحتاج إلى اللحام مع بعضها البعض، فإنه يسمى ملفًا متصلًا.

يتميز سطح الدعم النهائي للملف المتصل بكبر حجمه، وقوة الضغط المحورية العالية، ومقاومة قصر الدائرة القوية، وقدرة تبديد الحرارة العالية لكل جزء من أجزاء الملف. يتمتع هذا النوع من الملفات بنطاق واسع من التطبيقات بغض النظر عن مستوى الجهد أو نطاق السعة.

3. لفائف متشابكة

يتكون الملف المتشابك من عدة أجزاء خطية متشابكة (قطع دائرية). تُسمى الملفات التي تحتوي على جميع الأجزاء الخطية المتشابكة (كعكات) بالملفات المتشابكة بالكامل، وتُستخدم على نطاق واسع في المحولات ذات الجهد 220 كيلوفولت وما فوق. أما الملف الذي يتكون من جزء من الجزء الخطي المتشابك (كعكة) وجزء من الجزء الخطي المتصل فيُسمى الملف المتشابك المتصل، ويُستخدم في المحولات ذات الجهد 66 كيلوفولت وما فوق.

بما أن هذه التقنية تُدخل لفات غير متجاورة بين اللفات المتجاورة للملف، فإنها تُشكّل أجزاءً متداخلة من الخطوط المتشابكة، مما يُؤدي إلى تكوين ملف متشابك، وبالتالي زيادة السعة الطولية للملف وتحسين خصائص توزيع جهد النبضة على طول محور الملف، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع في مختلف ملفات الجهد العالي.

4. ملف داخلي محمي

يُستخدم الملف المتصل ذو الغلاف الداخلي لتحسين توزيع جهد النبضة عن طريق زيادة السعة المتسلسلة بين أجزاء الخط. يتميز هذا الملف بأن لفات المكثف الإضافية تُلف مباشرةً داخل جزء الخط المتصل. تُغلّف أطراف لفات المكثف بمادة عازلة ثم تُعلّق في جزء الخط. لا تحمل لفات المكثف تيارًا كهربائيًا، وإنما تعمل فقط تحت تأثير جهد النبضة.

تتوفر الملفات المستمرة المحمية داخليًا هيكليًا على شكل وصلة ثنائية الأقسام، ووصلة رباعية الأقسام، ووصلة ثمانية الأقسام، ووصلة قطاعية.

ثالثًا، القلب الحديدي لمحول الطاقة

يُعد القلب الحديدي أيضاً مكوناً مهماً في محول الطاقة. ويتكون من تكديس صفائح من الفولاذ السيليكوني عالي النفاذية ثم تثبيتها بمشابك فولاذية أو ربطها بشرائط زجاجية.

1. صفيحة من الفولاذ السيليكوني

تُستخدم في محولات الطاقة صفائح فولاذية سيليكونية مطلية بالغادولينيوم البارد، بسماكة تتراوح بين 0.3 و0.5 ملم. حاليًا، يقتصر إنتاج هذه الصفائح على مصنع ووهان للحديد والصلب وشركة شنغهاي باوستيل. مع ذلك، تُستورد صفائح الفولاذ السيليكوني المستخدمة في المحولات الكبيرة من اليابان.

2. بنية قلب الحديد

(1) قلب حديدي أحادي الطور ذو عمودين، يستخدم في محولات أحادية الطور مختلفة.

(2) قلب نير جانبي عمودي أحادي الطور، يستخدم للمحولات أحادية الطور ذات الجهد العالي والسعة الكبيرة.

(3) يتم استخدام قلب نير جانبي أحادي الطور ذو عمودين للمحولات أحادية الطور ذات الجهد العالي والجهد العالي للغاية ذات السعة الكبيرة.

(4) الطور الثلاثي ذو الأعمدة الثلاثة هو القلب الحديدي، والذي يستخدم في محولات ثلاثية الطور المختلفة.

(5) قلب حديدي بخمسة أعمدة للمحولات ثلاثية الطور ذات السعة الكبيرة.

رابعًا، خزان الزيت الخاص بالمحول المغمور بالزيت

1. يستخدم خزان الزيت من النوع البرميلي بشكل أساسي لمختلف المحولات الصغيرة المغمورة بالزيت والمحولات الكبيرة جدًا المغمورة بالزيت.

2. خزان زيت من نوع الجرس، يستخدم على نطاق واسع في محولات الزيت المغمورة بجهد 110 إلى 500 كيلو فولت.

3. خزان الزيت المحكم الإغلاق على وشك التلف بسبب اللحام. لم يُستخدم إلا في محولات مغمورة بالزيت بقدرة 110 كيلوفولت وما فوق في السنوات الأخيرة.

5. خزان زيت المحول المغمور بالزيت

يحتوي خزان زيت المحول على وظيفتين، الأولى هي توفير مساحة للتمدد والانكماش الحراري لزيت المحول في خزان الزيت؛ والأخرى هي عزل زيت المحول عن الغلاف الجوي الخارجي لمنع زيت المحول من التلف.

1. خزان زيت من نوع الكبسولة، والذي يستخدم كبسولات مطاطية لفصل زيت المحول عن الغلاف الجوي الخارجي، ويوفر مساحة للتمدد والانكماش الحراري لزيت المحول.

2. يستخدم خزان زيت الحجاب الحاجز غشاء مطاطي لفصل زيت المحول عن الغلاف الجوي الخارجي، ويوفر مساحة لزيت المحول للتمدد والانكماش.

3. يستخدم خزان الزيت المموج موسعًا معدنيًا مصنوعًا من صفائح معدنية مموجة لفصل زيت المحول عن الهواء الخارجي، وتوفير مساحة له للتمدد والانكماش الحراري. وينقسم خزان الزيت المموج إلى نوعين: نوع الزيت الداخلي ونوع الزيت الخارجي. يتميز النوع الداخلي بأداء أفضل ولكنه ذو حجم أكبر.

6. طريقة تبريد المحول المغمور بالزيت

1. الرموز التي تمثل طرق التبريد

الحرف الأول: O—زيت معدني، K—سائل عازل صناعي، L—غاز عازل.

الحرف الثاني: N - دوران الحمل الحراري الطبيعي، F - دوران الزيت القسري، D - دوران التوجيه القسري.

الحرف الثالث: A - الهواء، W - الماء.

الحرف الرابع: N - الحمل الحراري الطبيعي، F - الدوران القسري (المروحة، المضخة).

2. أمثلة

أونان - التبريد الحر

ONAF - التبريد بالهواء

OFAF - تبريد الهواء بتدوير الزيت القسري

نظام التبريد الموجه بتدوير الزيت القسري (ODAF)

سبعة، جلبة المحول

1. جلبة عازلة من الخزف النقي بجهد 40 كيلو فولت وما دونه

يحتوي هذا النوع من الأغلفة على نوعين من الهياكل: هيكل قضيب التوجيه وهيكل الكابل. يُستخدم هيكل قضيب التوجيه في جلبات الجهد المنخفض للمحولات، بينما يُستخدم هيكل الكابل في خطوط نقل الجهد العالي الخارجة بجهد يتراوح بين 10 و20 كيلوفولت.

2. جلبة تيار عالي بجهد 40 كيلو فولت وما دونه

يحتوي هذا النوع من البطانات على نوعين من الهياكل: نوع قضيب التوجيه ونوع السعة. تُستخدم بطانة السيراميك النقي من نوع قضيب التوجيه في مخرج ملفات الجهد المنخفض لمحولات المولدات متوسطة السعة؛ بينما تُستخدم بطانة السعة في مخرج ملفات الجهد المنخفض لمحولات المولدات الكبيرة.

3. جلبة سعوية من الورق الزيتي بجهد 66 كيلو فولت وما فوق

يتكون العازل الداخلي لهذا الغلاف من قلب مكثف مصنوع من ورق عازل ورقائق ألومنيوم ملفوفة بالتناوب. يُملأ قلب المكثف والغلاف الخزفي بزيت عازل. يوجد نوعان من التوصيل بين الغلاف والملف: توصيل بقضيب توجيه وتوصيل بكابل. يُلف قلب المكثف الزيتي الورقي بالتناوب على الأنبوب الموصل بواسطة ورق كابل بسمك 0.08-0.12 مم ورقائق ألومنيوم بسمك 0.01 مم.

4. جلبات سعوية من الورق والشريط بجهد 66 كيلو فولت وما فوق

العزل الداخلي لهذا الغلاف عبارة عن قلب مكثف مُشكّل من لفات متناوبة من ورق لاصق ورقائق ألومنيوم. يُملأ قلب المكثف والغلاف الخزفي بزيت عازل، ولا يحتاج الجزء السفلي من الغلاف إلى غلاف خزفي. مع ذلك، فإن قيمة tanδ لهذا النوع من الأغلفة كبيرة، والورق اللاصق سهل التشقق ويتسبب في تفريغ جزئي، ولذلك توقف إنتاجه حاليًا.

5. جلبة مكثف مصبوبة من الراتنج

يتكون العازل الرئيسي لهذا الغلاف من قلب مكثف مُشكّل من لفائف متناوبة من ورق عازل ورقائق ألومنيوم، ويُصبّ راتنج الإيبوكسي على سطحه الخارجي ليُشكّل غلافًا عازلًا صلبًا. يُمكن استخدام هذا النوع من البطانات كبطانة لنظام الغاز والزيت، حيث يُثبّت الجزء العلوي في خط أنابيب نظام الغاز المعزول (GIS) ويُملأ بغاز سادس فلوريد الكبريت (SF6)، بينما يُغمر الجزء السفلي في زيت المحولات.

8. طريقة تنظيم الجهد لمحول الطاقة

1. طريقة تنظيم الجهد

توجد طريقتان لتنظيم الجهد في المحولات: تنظيم الجهد في حالة عدم الإثارة وتنظيم الجهد أثناء التشغيل. يُعرف تنظيم الجهد في حالة عدم الإثارة، أو تنظيم الجهد في حالة عدم التحميل، بتنظيم الجهد عندما يكون المحول متوقفًا وبدون حمل. يُطلق على جهاز تنظيم الجهد في حالة عدم الإثارة اسم مُغير الجهد في حالة عدم التحميل، بينما يُطلق على جهاز تنظيم الجهد أثناء التشغيل اسم مُغير الجهد أثناء التشغيل.

2. وضع تنظيم الجهد تحت الحمل

توجد ثلاثة أنواع من مواضع تنظيم الجهد تحت الحمل في المحولات: تنظيم جهد نقطة التعادل، وتنظيم جهد نهاية خط الجهد المتوسط، وتنظيم جهد نهاية خط ملف الجهد العالي. ومن بينها، يُعد تنظيم جهد نقطة التعادل بسيطًا نسبيًا من حيث التركيب والعملية، وله تطبيقات عديدة.

3. مفتاح تنظيم الجهد تحت الحمل

مفتاح تنظيم الضغط هو أيضاً مُبدِّل للصنبور. حالياً، جودة مُبدِّلات الصنابير المُصنَّعة محلياً أثناء التشغيل ليست جيدة بما فيه الكفاية، ومعظمها يعتمد على الواردات، وخاصةً من شركتي MR الألمانية وABB السويدية.

تسعة، زيت المحولات

1. تركيبة زيت المحولات

زيت المحولات هو زيت معدني، وهو عبارة عن خليط من العديد من جزيئات الهيدروكربون ذات الأوزان الجزيئية المختلفة، والتي تتكون أساسًا من مركبات الهيدروكربون مثل الألكانات والنفثينات وكمية صغيرة من الهيدروكربونات العطرية.

2. وظيفة ونوع زيت المحولات

زيت المحولات لعزل المحولات المغمورة بالزيت. لا يقتصر دور زيت المحولات على العزل فحسب، بل يشمل أيضاً تبديد الحرارة.

يُصنّف زيت المحولات إلى نوعين: زيت رقم 25 وزيت رقم 45، وذلك حسب درجة تجمدهما. تبلغ درجة تجمد زيت رقم 25 -25 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة تجمد زيت رقم 45 -45 درجة مئوية.

زيت المحولات رقم 25 هو زيت أساسه البارافين، أما زيت المحولات رقم 45 فهو زيت نفثيني. في السابق، كان يُستورد زيت المحولات رقم 45 من الخارج، أما الآن فيمكن لمصفاة شينجيانغ كاراماي إنتاجه.

10. عملية تصنيع محول الطاقة

يتكون محول الطاقة من جزأين: الهيكل والملحقات. يتألف الهيكل من ملف، وأجزاء عازلة، وقلب حديدي، ومغير جهد، وزيت المحول، وخزان الزيت. تشمل ملحقات المحول خزان الزيت الاحتياطي، والمبرد، والجلبة، ومرحل الغاز، وصمام تخفيف الضغط، ومقياس الحرارة. يتم شراء المبردات، وزيت العزل، والجلب، ومغيرات الجهد، ومرحلات الغاز، وصمامات تخفيف الضغط، ومقاييس الحرارة من مصادر خارجية. فيما يلي عرض موجز لعمليات تصنيع بعض المكونات الرئيسية.

1. لف الملف: تركيب هيكل اللف - لف الملف - لحام الأسلاك - حزمة العزل - تشكيل الملف - اختبار الملف.

2. تجميع القلب الحديدي: قطع صفيحة الفولاذ السيليكوني - إزالة النتوءات - تكديس القلب الحديدي - تركيب لوحة السحب والدرع - ربط القلب الحديدي - اختبار القلب الحديدي - تركيب مشابك القلب الحديدي.

3. معالجة أجزاء العزل: قطع أجزاء العزل - إزالة النتوءات - شطف الزوايا - المعالجة المقاومة للرطوبة.

4. معالجة خزانات الوقود وخزانات تخزين الزيت: قطع الصفائح الفولاذية - لحام خزانات الوقود وخزانات تخزين الزيت - إزالة الصدأ - السفع الرملي - طلاء الأساس - الطلاء - اختبار القوة الميكانيكية.

5. التجميع العام: تركيب القلب الحديدي - تركيب خط أنابيب خزان الوقود - ضبط الملف - تكديس نير الحديد - تركيب مغير الصنبور - لحام سلك الرصاص - لف عازل سلك الرصاص - اختبار المنتج شبه المصنّع - تجفيف الهيكل - تشطيب الهيكل - تجميع خزان الوقود - تجميع الملحقات - تعبئة الزيت - اختبار الإحكام - تدوير الزيت الساخن - الوضع الثابت.

11. اختبار المصنع لمحول الطاقة

ينقسم اختبار المصنع لمحولات الطاقة إلى ثلاثة أنواع: الاختبار الروتيني (اختبار المصنع)، واختبار النوع، والاختبار الخاص. الاختبار الروتيني هو اختبار إلزامي لكل محول عند خروجه من المصنع، ويُسمى عادةً اختبار المصنع. أما اختبار النوع، فهو اختبار يُجرى على عينة من محول أو اثنين من نفس النوع. بينما يُقترح الاختبار الخاص بناءً على طلب المستخدم، ويتم الاتفاق على بنوده مع الشركة المصنعة.

1. المتطلبات واللوائح الأساسية لاختبار عزل الجهد العالي

تُختبر ملفات المحول وفقًا لأعلى جهد تشغيل (Um) ومستوى العزل المقابل. يوضح الجدول التالي بنود اختبار العزل المنصوص عليها في المعيار الوطني GB1094.3-2003 "محولات الطاقة - الجزء الثالث: مستوى العزل، واختبار العزل، وفجوة الهواء للعزل الخارجي".

2. عناصر الاختبار الروتيني (في المصنع)

(1) قياس مقاومة التيار المستمر للملفات: القياس على جميع أطراف التوصيل.

(2) قياس النسبة: القياس عند جميع مواضع الصنبور.

(3) اكتشاف مجموعة الأسلاك: الاختبار عند موضع الصنبور المقدر.

(4) قياس مقاومة العزل ونسبة الامتصاص ومؤشر الاستقطاب: لا يمكن قياس مؤشر الاستقطاب إلا في المحولات التي تبلغ 220 كيلو فولت وما فوق.

(5) اختبار tanδ للملفات والسعة: يجب اختبار المحولات التي تعمل بجهد 35 كيلو فولت وما فوق لاختبار tanδ.

(6) اختبار معامل فقد الطاقة (tanδ) وسعة المكثف: يجب اختبار معامل فقد الطاقة (tanδ) وسعة المكثفات المستخدمة في المكثفات ذات الجهد 66 كيلو فولت وما فوق.

(7) اختبار زيت المحولات: يشمل تحليل الزيت، وقوة العزل الكهربائي، ومعامل فقد الطاقة (tanδ)، والتحليل الكروماتوغرافي، وغيرها من العناصر. كما يجب اختبار المحولات ذات جهد 750 كيلوفولت وما فوق لتحديد حجم الجسيمات في الزيت. علاوة على ذلك، أُعيد إجراء التحليل الكيميائي والتحليل الكروماتوغرافي للزيت خلال عملية الاختبار.

(8) قياس فقد التيار بدون حمل وقياس التيار بدون حمل: قم بإجراء الاختبار تحت أسلاك الجهد المقنن.

(9) قياس فقد الحمل ومعاوقة قصر الدائرة: الاختبار تحت جهد الأسلاك المقنن.

(10) اختبار التفريغ الجزئي: لا يتم استخدام كمية التفريغ كتقييم، ولكن فقط كمرجع لتحديد ما إذا كان من الممكن إجراء اختبار الجهد العالي.

(11) اختبار نبضة الموجة الكاملة للصواعق: محولات 220 كيلو فولت وما فوق، 120 ميجا فولت أمبير وما فوق.

(12) اختبار التأثير التشغيلي: محولات 330 كيلو فولت وما فوق.

(13) اختبار تحمل الجهد الاستقرائي مع قياس التفريغ الجزئي: محولات 110 كيلو فولت وما فوق.

(14) اختبار تحمل الجهد بتردد البناء الخارجي لملف الجهد المنخفض والنقطة المحايدة.

(15) اختبار التفريغ الجزئي: هذا الاختبار هو اختبار تقييمي لقيمة اختبار المصنع.

(16) قياس الكهرباء لتدفق الزيت: المحولات المزودة بمضخات زيت بجهد 330 كيلو فولت وما فوق.

(17) اختبار التفريغ الجزئي لمضخة الزيت الدوارة: المحولات المزودة بمضخة زيت بجهد 330 كيلو فولت وما فوق.

2. بنود اختبار الكتابة

(1) اختبار ارتفاع درجة الحرارة.

(2) تم اختبار موجة قطع البرق.

(3) اختبار تأثير الموجة الكاملة للبرق عند النقطة المحايدة.

(4) اختبار التداخل اللاسلكي

3. بنود اختبار خاصة

(1) قياس مستوى الصوت.

(2) قياس معاوقة التسلسل الصفري للمحولات ثلاثية الطور.

(3) قياس التوافقيات لتيار اللاحمل.

(4) قياس الطاقة التي يمتصها محرك المروحة ومحرك مضخة الزيت.

(5) قياس خصائص نقل الجهد العابر.

(6) اختبار قدرة تحمل قصر الدائرة.