تدابير لتحسين مقاومة قصر الدائرة في محولات الطاقة

لمحة عامة عن محولات الطاقة

يُصنع محول الطاقة الإلكتروني بشكل أساسي باستخدام تقنية إلكترونيات الطاقة، حيث يتم تحويل إشارة تردد الطاقة إلى إشارة تردد طاقة، أي خفض التردد. ومن خلال اعتماد نظام تحكم مناسب لتشغيل جهاز إلكترونيات الطاقة، يمكن تحويل الطاقة الكهربائية ذات تردد وجهد وشكل موجي معين إلى طاقة كهربائية ذات تردد وجهد وشكل موجي مختلف. ونظرًا لأن حجم محول العزل الوسيط يعتمد على كثافة التدفق المغناطيسي التشبعي لمادة القلب الحديدي وأقصى ارتفاع مسموح به في درجة حرارة القلب الحديدي والملفات، ولأن كثافة التدفق المغناطيسي التشبعي تتناسب عكسيًا مع تردد التشغيل، فإن زيادة تردد التشغيل تُحسّن من كفاءة استخدام القلب الحديدي، مما يُقلل من حجم المحول ويزيد من كفاءته الإجمالية.

2. تدابير لتحسين مقاومة قصر الدائرة لمحولات الطاقة

يعتمد التشغيل الآمن والاقتصادي والموثوق للمحولات الكهربائية، بالإضافة إلى كفاءة إنتاجها، على جودة تصنيعها وبيئة تشغيلها وجودة صيانتها. يسعى هذا الفصل إلى توضيح التدابير اللازمة لمنع الأعطال المفاجئة للمحولات الكهربائية أثناء تشغيلها وصيانتها.

تتعرض شبكة الطاقة الكهربائية غالبًا لقصر الدائرة نتيجة الصواعق، أو خلل في حماية المرحلات، أو رفضها للعمل، وما إلى ذلك. قد يؤدي التأثير القوي لتيار قصر الدائرة إلى تلف المحول، لذا ينبغي بذل الجهود لتحسين قدرة المحول على تحمل قصر الدائرة من جميع الجوانب. تُظهر النتائج الإحصائية لحوادث قصر الدائرة في المحولات أن أسباب التصنيع تُشكل حوالي 80% من الحوادث، بينما تُشكل أسباب التشغيل والصيانة حوالي 10% فقط. نُوقشت التدابير المتعلقة بالتصميم والتصنيع في الفصل الثاني، ويركز هذا الفصل على التدابير الواجب اتخاذها أثناء التشغيل والصيانة. في عملية التشغيل والصيانة، من جهة، يجب تقليل أعطال قصر الدائرة إلى أدنى حد، وبالتالي تقليل عدد مرات تعرض المحول للصدمات؛ ومن جهة أخرى، يجب فحص تشوه ملفات المحول في الوقت المناسب لمنع حدوث المشاكل قبل وقوعها.

(1) يجب توحيد تصميم عملية الضغط المحوري لتصنيع الملفات مع مراعاة أدق التفاصيل. عند التصميم، ينبغي على المصنّع مراعاة تقليل الفاقد وتحسين مستوى عزل المحوّل، بالإضافة إلى تحسين متانته الميكانيكية ومقاومته لأعطال قصر الدائرة. أما فيما يخص عملية التصنيع، فنظرًا لأن العديد من المحوّلات تستخدم ألواح ضغط عازلة، ولأن ملفات الجهد العالي والمنخفض تشترك في نفس لوح الضغط، فإن هذا الهيكل يتطلب مستوى عالٍ من تقنيات التصنيع، ويجب تكثيف الوسادات. يتم تجفيف كل ملف على حدة تحت ضغط ثابت، ثم قياس ارتفاعه بعد الضغط. بعد معالجة كل ملف على نفس لوح الضغط بهذه الطريقة، يتم ضبطه على نفس الارتفاع، ويُستخدم جهاز هيدروليكي لتطبيق الضغط المحدد على الملف أثناء التجميع النهائي. يتم الوصول إلى الارتفاع المطلوب وفقًا لمتطلبات التصميم والعملية. في التجميع العام، بالإضافة إلى الاهتمام بضغط ملف الجهد العالي، يجب إيلاء اهتمام خاص للتحكم في ضغط ملف الجهد المنخفض.

(2) إجراء اختبار قصر الدائرة على المحول لمنع حدوثه قبل وقوعه. تعتمد موثوقية تشغيل المحولات الكبيرة أولاً على هيكلها ومستوى عملية تصنيعها، وثانياً على اختبارات مختلفة تُجرى على الجهاز أثناء التشغيل لفهم ظروف تشغيله في الوقت المناسب. لفهم الاستقرار الميكانيكي للمحول، يمكن تحسين نقاط ضعفه من خلال اختبارات قصر الدائرة لضمان تصميم قوة هيكله بدقة.

(3) استخدام نظام حماية موثوق به من خلال المرحلات ونظام إعادة توصيل تلقائي. يُعدّ قصر الدائرة في النظام حادثًا يسعى الناس لتجنبه، لكن لا يمكن تجنبه تمامًا، لا سيما في خطوط 10 كيلوفولت، حيث يزداد احتمال حدوث قصر الدائرة نتيجة لسوء التشغيل، أو دخول الحيوانات الصغيرة، أو عوامل خارجية، أو إهمال المستخدم. لذلك، يجب تزويد المحول الذي تم تشغيله أولًا بمصدر طاقة تيار مستمر موثوق لنظام الحماية، والتأكد من صحة إجراءات الحماية. ونظرًا لضعف قدرة المحول على تحمل قصر الدائرة الخارجي أثناء التشغيل، ينبغي مراعاة العوامل غير المواتية لإعادة التوصيل التلقائي أو التشغيل القسري بعد فصل الدائرة، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى تفاقم تلف المحول، بل وفقدان إمكانية إصلاحه. في الوقت الراهن، ألغت بعض إدارات التشغيل استخدام إعادة التوصيل لخطوط النقل الهوائية القريبة (مثلاً ضمن مسافة 2 كم) أو خطوط الكابلات، وذلك بناءً على احتمالية إمكانية إزالة عطل قصر الدائرة تلقائيًا في لحظة، أو قامت بتمديد الفترة الزمنية بين عمليات الإغلاق بشكل مناسب للحد من المشاكل الناجمة عن عدم إعادة التوصيل. وينبغي اتخاذ أقصى درجات الحيطة والحذر عند حدوث فصل بسبب قصر الدائرة.

(4) إجراء اختبارات وتشخيص تشوهات ملفات المحولات بشكل دوري. عادةً، بعد تعرض المحول لتيار قصر الدائرة، تتشوه الملفات جزئيًا، وحتى إن لم تتضرر فورًا، فقد تُخلّف مشكلة خطيرة كامنة. أولًا، تتغير مسافة العزل ويتضرر العزل الصلب، مما يؤدي إلى تفريغ جزئي. عند التعرض لزيادة الجهد بسبب الصواعق، قد يحدث انهيار بين اللفات أو بين طبقات الملف، مما يؤدي إلى حوادث عزل مفاجئة. حتى في ظل جهد التشغيل العادي، قد تحدث حوادث انهيار العزل نتيجة التأثير طويل الأمد للتفريغ الجزئي.

لذلك، فإن إجراء التشخيص النشط لتشوه لفائف المحولات، والكشف في الوقت المناسب عن المحولات المعيبة، والتحقق المخطط من غطاء المحول وصيانته، لا يوفر الكثير من القوى العاملة والموارد المادية فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا بالغ الأهمية في منع حوادث المحولات.

يرتبط توزيع الأصفار والأقطاب لدالة النقل H(jw) (أي خاصية استجابة التردد) ارتباطًا وثيقًا بالمكونات وطرق التوصيل في الشبكة ثنائية المنافذ. تُظهر نتائج العديد من الأبحاث التجريبية أن ملفات المحولات عادةً ما تحتوي على نقاط رنين أكثر في نطاق التردد من 10 كيلوهرتز إلى 1 ميجاهرتز. عندما يكون التردد أقل من 10 كيلوهرتز، يلعب حث الملف دورًا رئيسيًا، وعادةً ما تكون نقاط الرنين أقل، وتكون أقل حساسية لتغير السعة الموزعة. عندما يتجاوز التردد 1 ميجاهرتز، يتم تجاوز حث الملف بواسطة السعة الموزعة، وبالتالي تقل نقاط الرنين أيضًا، وتصبح أقل حساسية لتغيرات الحث. ومع زيادة التردد، يكون للسعة الطفيلية لحلقة الاختبار (السلك) تأثير كبير على نتائج الاختبار.

نظرًا لارتفاع تكلفة جهاز اختبار تشوه ملفات المحولات واحتياجه إلى كوادر مؤهلة تأهيلاً عاليًا، فإنه ليس من السهل استخدامه على نطاق واسع في الإنتاج والتشغيل. لذا، في العمل الفعلي، يمكن استخدام طريقة تحديد تشوه الملفات بناءً على تغير سعة ملفات المحولات كطريقة مكملة مفيدة لطريقة استجابة التردد. خاصةً عندما لا تتوفر الظروف المناسبة لطريقة استجابة التردد، يمكن تحديد حالة تشغيل ملفات المحول في الوقت المناسب من خلال مقارنة السعة المقاسة المتراكمة أفقيًا ورأسيًا، مما يقلل من احتمالية وقوع الحوادث ويضمن التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة.

(5) تعزيز عمليات التفتيش في مواقع الإنشاء والتشغيل والصيانة، واستخدام نظام حماية موثوق ضد قصر الدائرة. عند تركيب المحول في الموقع، يجب تنفيذ الإنشاء بدقة وفقًا لتعليمات ومواصفات الشركة المصنعة، مع مراقبة الجودة بدقة، واتخاذ التدابير اللازمة للقضاء على أي مخاطر كامنة. ينبغي على موظفي التشغيل والصيانة تعزيز عمليات التفتيش والصيانة وإدارة الضمان للمحول لضمان تشغيله بكفاءة، واتخاذ التدابير اللازمة لتقليل احتمالية حدوث أعطال قصر الدائرة عند المخرج والمناطق المجاورة. لتجنب أعطال قصر الدائرة في النظام قدر الإمكان، يجب تزويد المحولات التي تم تشغيلها بنظام تيار مستمر موثوق كنظام حماية لضمان فعالية الحماية. تقيس تقنية اختبار استجابة التردد حالة المحول بعد تعرضه لعطل قصر الدائرة، ويتم فحص غطاء الحماية بناءً على نتائج الاختبار، مما يساهم في تجنب وقوع حوادث جسيمة.

تعتمد قدرة المحول على تحمل تيارات قصر الدائرة المختلفة بشكل أساسي على تصميمه الهيكلي وعملية تصنيعه، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بإدارة التشغيل وظروف التشغيل ومستوى تقنيات البناء. يُعدّ قصر الدائرة في المحول ضارًا للغاية بتشغيل شبكة الطاقة. ولتجنب الحوادث، يجب اتخاذ تدابير تحكم فعّالة من مختلف الجوانب لضمان التشغيل الآمن والمستقر للمحولات وشبكات الطاقة.