تحليل تأثير فحص وصيانة غرفة القوس الفراغي على تحسين موثوقية قواطع الدائرة الفراغية

يتم استخدام مفاتيح الدائرة ذات الفراغ على نطاق واسع في شبكات التوزيع. كمكونات أساسية لمعدات تزويد الطاقة، تعتمد أدائها على قدرات مانعات الفراغ والمميزات الميكانيكية للمفاتيح (مسافة فتح الاتصال، السكتة الدماغية، الضغط، السرعة المتوسطة للإغلاق/الفتح، وقت الرجوع عند الإغلاق، عدم التناسق بين الإغلاق والفتح، عدد المرات التشغيلية، والبلى المتراكم المسموح به للاتصالات). وكلاهما مهم للغاية للتشغيل الموثوق به. تعتبر مانعات الفراغ "قلب" مفتاح الدائرة؛ بدون واحدة عالية الأداء وموثوقة، يكون التشغيل ذو الموثوقية العالية مستحيلاً. لذا، فإن الكشف المنتظم والصيانة عن طريق تقييم الأداء النوعي-الكمي أمر حيوي لتشغيل مفتاح الدائرة بأمان واستقرار.

1 مؤشرات الأداء لمانعات الفراغ

تتكون مانعات الفراغ من نظام عازل محكم (غلاف)، نظام موصل، ونظام درع. يتميز أداؤها بمستوى العزل (جهد تحمل التردد الكهربائي لمدة دقيقة واحدة، جهد تحمل الصدمة 1.2/50)، درجة الفراغ، ومقاومة الدائرة الرئيسية المباشرة. تتطلب الكشف والتقييم الدقيقين اختبارًا شاملًا وتحليلًا لهذه المؤشرات.

يُستخدم اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي بشكل شائع لاختبار العزل على الأرض. ومع تطور تقنيات الاختبار، يزداد استخدام اختبار درجة الفراغ. ومع ذلك، لا يكفي التشديد على اختبار درجة الفراغ في بعض اللوائح المحلية "لوائح الاستلام واختبارات الوقاية للمعدات الكهربائية"، والتي تشير حتى إلى "استخدام جهد تحمل الكسر كبديل عند عدم إمكانية الاختبار". هذا يؤدي إلى سوء فهم نظري وعملي، مما يعرض الإدارة والتقنية للحوادث. أوصي بمراجعة هذه اللوائح في الوقت المناسب لتحسين نظام تقييم أداء المانعات وضمان تشغيل معدات شبكة التوزيع بأمان.

1.2 أنواع الأعطال في مانعات الفراغ

من خلال المشاركة في الاختبارات الميدانية، تم العثور على أن أعطال مانعات الفراغ تنقسم إلى فئتين:

• الأعطال الواضحة تتميز بتشقق الغلاف أو تلف المرن، مما يؤدي إلى دخول الهواء وفقدان الفراغ داخل المانع وتواصله مع الجو الخارجي.

• الأعطال الخفية تشير إلى انخفاض تدريجي في درجة الفراغ. رغم أن المانع ليس متصلًا بالجو الخارجي، إلا أن الضغط الداخلي للهواء يتجاوز القيمة المسموح بها بسبب عوامل التصنيع والنقل والتركيب والصيانة، مما يجعل المانع غير قادر على تحقيق القدرة العادية على القطع. خطورة هذه الأعطال الخفية أعلى بكثير من الأعطال الواضحة. انخفاض درجة الفراغ يؤثر بشدة على قدرة القطع تحت التيار الزائد، ويقلل بشكل حاد من عمر مفتاح الدائرة، وقد يؤدي في الحالات القصوى إلى انفجار المحول.

1.3 تحليل القيود لاختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي واختبار درجة الفراغ

من وجهة نظر الخبرة العملية الميدانية:

• اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي فعال للغاية في اكتشاف الأعطال الواضحة ويمكنه تحديد حالة المانع بشكل نوعي. ومع ذلك، لديه نقطة عمياء في اكتشاف الأعطال الخفية: عندما تكون درجة الفراغ في نطاق 1×10⁻²Pa إلى 1×10⁻³Pa، يمكن أن يمر اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي بنجاح. وفي هذا الوقت، تكون درجة الفراغ أقل من الحد الأمني البالغ 1.66×10⁻²Pa، ولا يمكن التمييز بين الفروقات الدقيقة.

• يمكن لمقياس درجة الفراغ تحقيق قياس دقيق في نطاق 1×10⁻¹Pa إلى 1×10⁻⁵Pa، مما يرفع مستوى الاختبار من التحليل النوعي إلى الكمي. كما يمكن استنتاج عمر خدمة مانع الفراغ بناءً على تغير درجة الفراغ خلال فترة معينة، مما يقدم دعمًا تقنيًا لتقييم موثوقية المعدات. ومع ذلك، يواجه هذا الأسلوب قيودًا في نطاق الاختبار: عندما يتجاوز 1×10⁻¹Pa إلى 1×10⁻⁵Pa، يتغير العلاقة النسبية بين تيار الأيونات وكثافة الغاز المتبقية (أي درجة الفراغ) التي يعتمد عليها مقياس درجة الفراغ، وبالتالي لا يمكن ضمان دقة نتائج الاختبار. خاصة بالنسبة للأعطال الواضحة مع تسرب كامل (تواصل مع الجو الخارجي)، تكون قيم الاختبار غالبًا قريبة من تلك في الحالة الطبيعية، مما يعرض لسوء الفهم. يمكن تفسير السبب بنظرية تصادم الغاز: عندما يزيد الضغط الغازي، تزداد الكثافة الجزيئية، مما يؤدي إلى تقليل المسار الحر للإلكترونات. رغم زيادة عدد التصادمات، فإن عدم تراكم الطاقة الحركية الكافية للإلكترونات يقلل من احتمال أيونية جزيئات الغاز، مما يجعل الجهاز يخطئ في تقدير درجة الفراغ بأنها جيدة.

بناءً على الممارسة الميدانية للاختبار، يجب الانتباه بشكل خاص إلى أنه لا ينبغي تجاوز اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي أثناء الاختبار. فقط عندما يمر المانع باختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي يمكن التأكد من أن درجة الفراغ ضمن نطاق فعال لمقياس الفراغ، وأن نتائج اختبار درجة الفراغ اللاحقة ستكون موثوقة. لذا، يجب استخدام اختبار درجة الفراغ واختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي مجتمعين. يتكامل الأسلوبان معاً، والاعتماد فقط على أي منهما لتحديد حالة المانع له قيوده.

1.4 اختبار مقاومة الدائرة الرئيسية

في الاختبارات الميدانية، يتم استخدام طريقة انخفاض الجهد المباشر لاختبار مقاومة الدائرة الرئيسية، باستخدام جهاز اختبار بتيار لا يقل عن 100A. يجب أن تكون مقادير المقاومة بعد التسليم والصيانة متوافقة مع لوائح الشركة المصنعة، وأن تكون خلال التشغيل أقل من 1.2 مرة قيمة المصنع. عندما تسبب البلى في نقاط الاتصال لمانع الفراغ اتصالًا ضعيفًا، يمكن اكتشاف المشكلات من خلال اختبار مقاومة الدائرة. إذا كانت مقاومة الدائرة الرئيسية غير مقبولة لفترة طويلة، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المانع، مما يؤدي إلى تدهور الأداء العازل للمكونات ذات الصلة وحتى الانفجارات القصيرة.

2 إجراءات لتحسين موثوقية مانعات الفراغ

• إجراء اختبارات منتظمة لدرجة الفراغ (مع اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي 42kV) لتقييم حالة المانع. عند انخفاض درجة الفراغ، يجب استبدال الفقاعة الفراغية (غالبًا ما تتطلب معظم المنتجات استبدال ثلاث مراحل في نفس الوقت إذا كانت إحدى المراحل غير مقبولة)، وإكمال اختبارات الخصائص مثل السكتة الدماغية والتناسق والرجوع.

• وضع دورات الاختبار بناءً على لوائح اختبارات الوقاية للمعدات الكهربائية والظروف الفعلية للوحدة. زيادة تكرار المراقبة خلال السنتين الأولى بعد التشغيل؛ يُنصح بإجراء اختبارات تحمل الجهد الكهربائي الترددي ودرجة الفراغ كل نصف عام، سنة، 1.5 سنة، وسنتين بعد التشغيل، ثم تعديل التكرار وفقًا للظروف التشغيلية بعد السنتين.

• التخطيط بشكل معقول لدورات الصيانة وفحص المانعات مع الاختبارات الوقائية السنوية. بعد 2000 عملية تشغيل طبيعية أو 10 انقطاعات للتيار المعين، فحص جميع الأجزاء والمعايير؛ إذا كانت البراغي ليست مفككة والمعلمات التقنية تتوافق مع المعايير، استمر في الاستخدام.

• إجراء اختبارات منتظمة للمقاومة بين طرفي المانع وأطراف الدائرة الرئيسية للتأكد من أنها لا تتجاوز القيمة المحددة.

• عندما يسمح الوضع، قم بقياس درجة الحرارة بالتصوير بالأشعة تحت الحمراء للدائرة الموصلة عبر الثقب المشاهدة لمتابعة اتجاهات درجة الحرارة. يمكن أن يؤدي المقاومة الرئيسية غير المقبولة والاتصال السيء والعواقب العازلة أو تدرج التبريد غير الكافي بسبب تصميم المانع غير المعقول إلى ارتفاع درجة الحرارة في المكونات الموصلة والعازلة، مما يؤدي إلى حوادث.

• يجب على العاملين في التشغيل القيام بجولات منتظمة على مفتاح الدائرة وملاحظة وجود أي تفريغ خارج الفقاعة الفراغية (عادة ما يشير التفريغ إلى اختبار درجة الفراغ غير مقبول، مما يتطلب التوقف عن التيار لإعادة التغيير). نقاط صيانة رئيسية:

• فحص المظهر ومسح الأوساخ

• استبدال أنبوب الفراغ إذا تجاوز سمك البلى المتراكم للاتصالات المتحركة والسكونية 3 مم

• الفحص الدوري وضبط مسافة فتح الاتصال والسكتة الدماغية والتناسق الثلاثي

3 استنتاجات

• تحمل الجهد الكهربائي الترددي ودرجة الفراغ ومقاومة الدائرة الرئيسية المباشرة لمانعات الفراغ هي مؤشرات مهمة لتوضيح أدائها، ولعب دور رئيسي في فهم اتجاهات التسرب وتوقع العمر الخدمي.

• يحتاج كل من اختبار درجة الفراغ واختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي إلى التطبيق المشترك للتشخيص الدقيق لموثوقية المانع.

• لا يمكن أن يحل أحد الاختبارين محل الآخر؛ يجب استبدال المانعات التي تفشل في الاختبارات، ويُنصح بمراجعة لوائح الاختبار الصناعية ذات الصلة في الوقت المناسب.

• يجب بدء تحسين الموثوقية بإجراء اختبارات منتظمة لدرجة الفراغ وتحمل الجهد الكهربائي الترددي ومقاومة الدائرة الرئيسية، وتعزيز التدريب الفني للعاملين في التشغيل والصيانة، وإجراء جولات دقيقة وقياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء والتخطيط العلمي لدورات الاختبار والصيانة لتجنب الانفجارات وغيرها من الحوادث الناجمة عن التشغيل غير الكهربائي الخاطئ أثناء تشغيل مفتاح الدائرة أو تبديل الحمل.