مناقشة حول أعطال محولات توزيع الشبكة الكهربائية الريفية
1. المقدمة
بسبب التشغيل لفترة طويلة، لا يمكن تجنب الأعطال والحوادث في محولات التوزيع الشبكية الريفية بشكل كامل. تتسبب هذه الأعطال والحوادث بعوامل متعددة، مثل القوى الخارجية مثل التلف والإضرار، وكوارث طبيعية لا يمكن مقاومتها مثل الصواعق. وفي بعض المناطق الريفية، تكون الخطوط ذات الجهد المنخفض غير مصانة بشكل كافٍ، مما يؤدي غالبًا إلى زيادة الحمل والتقلبات الكهربائية، مما يتسبب في احتراق محولات التوزيع. وقد أصبح هذا عاملاً رئيسيًا يساهم في حدوث الأعطال.
لمنع احتراق محولات التوزيع وتقليل الأعطال التشغيلية لها في الشبكات الكهربائية الريفية، يقوم هذا البحث بتلخيص وتحليل بعض أنواع الأعطال النموذجية والأسباب الرئيسية لمحولات التوزيع، ويستكشف الإجراءات الوقائية، ويقوم بالبحث بشكل أعمق في الخطر المحتمل والنقاط الضعيفة في محولات التوزيع، مما يساعد على منع وتقييد حدوث أعطال الاحتراق فيها فعالاً، وبالتالي يعزز موثوقية تزويد الكهرباء في الشبكات الكهربائية الريفية.
حالياً، يتم استخدام محولات التوزيع الغامرة في النفط بشكل أساسي في الشبكات الكهربائية الريفية. تصنف أعطال هذه المحولات عادةً إلى أعطال داخلية وأعطال خارجية. الأعطال الداخلية تشير إلى مختلف الأعطال التي تحدث داخل خزان المحول. وتشمل الأنواع الرئيسية قصر الدائرة بين ملفات الفاز، وقصر الدائرة بين الأدوار داخل ملفات الفاز، وأعطال التأريض حيث تلامس الملفات أو الأسلاك الخارجة الجزء الخارجي للخزان. الأعطال الخارجية هي أعطال مختلفة تحدث على الأنبوب العازل خارج خزان المحول وعلى أسلاكه الخارجة. وتشمل الأنواع الرئيسية التأريض بسبب الانفجار أو الكسر في الأنبوب العازل، وقصر الدائرة بين الفازات أو تأريض خطوط الخرج ذات الجهد المنخفض.
نظرًا لأن أعطال محولات التوزيع تشمل نطاقًا واسعًا، هناك العديد من الطرق المحددة للتصنيف. على سبيل المثال، من وجهة نظر دوائر الدائرة، يتم تصنيفها بشكل أساسي إلى أعطال الدائرة وأعطال الدائرة المغناطيسية وأعطال دائرة الزيت. وإذا تم تصنيفها وفقًا للهيكل الرئيسي لمحولات التوزيع، يمكن تقسيمها إلى أعطال الملفات وأعطال اللب وأعطال جودة الزيت وأعطال الملحقات. عادةً ما يتم تصنيف أنواع الأعطال في محولات التوزيع بناءً على المناطق الأكثر عرضة للأعطال، مثل أعطال العزل وأعطال اللب وأعطال مفتاح التحويل وما إلى ذلك. ومن بينها، يعتبر قصر الدائرة في الخرج من محولات التوزيع له الأثر الأكثر خطورة على المحول نفسه وأعلى معدل حدوث حاليًا. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا أعطال تسرب في محولات التوزيع، إلخ. قد تمثل جميع هذه الأنواع المختلفة من الأعطال أعطال حرارية وأعطال كهربائية أو كلاهما معًا. ومع ذلك، قد لا تظهر أعطال تسرب في محولات التوزيع خصائص أعطال حرارية أو كهربائية تحت الظروف الطبيعية.
لذلك، يكون من الصعب تصنيف أنواع الأعطال في محولات التوزيع ضمن إطار محدد. يستخدم هذا البحث أنواع الأعطال الأكثر شيوعًا وجنسية في محولات التوزيع، مثل أعطال قصر الدائرة وأعطال التفريغ وأعطال العزل وأعطال اللب وأعطال مفتاح التحويل وأعطال تسرب الزيت والغاز وأعطال التلف بسبب القوى الخارجية وأعطال حماية المصهر. يتم مناقشة كل نوع بشكل منفصل من حيث السبب والإجراءات التقنية المقابلة.
2. تحليل الأعطال في محولات التوزيع
2.1 أعطال قصر الدائرة
2.1.1 تحليل أسباب الأعطال
تتعلق أعطال قصر الدائرة في محولات التوزيع بشكل أساسي بقصور الدائرة في الخرج من محولات التوزيع، وكذلك قصر الدائرة بين الأجزاء الداخلية أو الملفات إلى الأرض، وقصور الدائرة بين الفازات، مما يؤدي إلى الأعطال.
خلال التشغيل الطبيعي لمحولات التوزيع، يكون الأضرار الناجمة عن أعطال قصر الدائرة في الخرج نسبيًا شديدًا. وفقًا للإحصائيات ذات الصلة، تمثل الأعطال الناتجة مباشرة عن تأثيرات تيار قصر الدائرة على محولات التوزيع في الشبكات الكهربائية الريفية حوالي 40٪ من جميع الأعطال. هناك العديد من الحالات من هذا النوع. وبشكل خاص، عندما يحدث قصر الدائرة في الخرج ذو الجهد المنخفض لمحول التوزيع، فإن الملفات عادة تحتاج إلى الاستبدال. في الحالات الشديدة، قد يحتاج جميع الملفات إلى الاستبدال، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة وخسائر كبيرة. لذلك، يجب أن يحظى هذا الموضوع باهتمام كافٍ.
تشمل آثار قصر الدائرة في الخرج على محولات التوزيع الجوانب التالية:
أعطال التسخين الزائد للعزل بسبب تيار قصر الدائرة
بسبب صيانة بعض الخطوط ذات الجهد المنخفض في المناطق الريفية بشكل غير كافٍ، تحدث زيادة الحمل والتقلبات الكهربائية بشكل متكرر. عندما يحدث قصر دائرة مفاجئ في محول التوزيع، قد يمر تيار قصر الدائرة عبر ملفات الفاز العالي والمنخفض بمعدلات تصل إلى عشرات المرات أعلى من القيمة المقدرة. هذا يولد كمية كبيرة من الحرارة، مما يجعل محول التوزيع يسخن بشدة ويزداد درجة حرارة الملف بسرعة، مما يؤدي إلى تقدم عمر العزل. عندما تكون قدرة محول التوزيع على تحمل تيار قصر الدائرة غير كافية واستقراره الحراري ضعيف، سيتم تدمير المادة العازلة لمحول التوزيع بشدة، مما يؤدي إلى الانهيار والتلف في محول التوزيع.
أعطال تشوه الملف بسبب قوة الديناميكية الكهربية لقصور الدائرة
عند تعرض محول التوزيع لقصور الدائرة، إذا كان تيار قصر الدائرة صغيرًا ومصهر التحميل يعمل بشكل صحيح، سيكون تشوه الملف طفيفًا. إذا كان تيار قصر الدائرة كبيرًا ولم يُصْبِح المصهر معطلًا أو لم يُصْبِح معطلًا بتأخير، سيولد الجانب الثانوي تيار قصر الدائرة أكبر بـ 20-30 مرة من التيار المقدر. الجانب الأول من محول التوزيع سينتج بالضرورة تيارًا كبيرًا لمواجهة تأثير تقويض تيار قصر الدائرة في الجانب الثانوي. ينتج التيار الكبير عن قوة ميكانيكية كبيرة داخل الملف، مما يؤدي إلى الضغط والتحول والتشوه في الملف، وتفتيت الوسادات والعوازل، وانفلات براغي ضبط اللب، وتشوه أو انفجار الملف العالي الجهد، وأخيرًا يؤدي إلى فشل محول التوزيع. في الوقت نفسه، تخضع الملفات لعزم دوران كهرومغناطيسي نسبيًا كبير، وتنفصل المادة العازلة عن الجسم الأسلاكي وتسبب قصر الدائرة بين الأدوار. بالنسبة للتشوهات الطفيفة، إذا لم يتم إصلاحها في الوقت المناسب، مثل استعادة موقع الوسادات، وشد المسامير الضاغطة للملفات والألواح والسنانير في اليوك، وتعزيز قوة الضغط في الأسلاك الخارجة، فإن التأثير التراكمي بعد عدة تأثيرات لقصور الدائرة سيؤدي أيضًا إلى تلف محول التوزيع.
2.1.2 إجراءات لتقليل أعطال قصر الدائرة
تحسين متطلبات الاختيار. عند اختيار محول توزيع، اختر واحدًا يمكنه المرور بنجاح باختبار قصر الدائرة. حدد سعة محول التوزيع بشكل معقول واختر مقاومة قصر الدائرة الخاصة به بشكل معقول. حاول استخدام محولات التوزيع عالية الكفاءة من نوع S11 وإلغاء محولات استهلاك الطاقة العالية.
تحسين ظروف التشغيل والبيئة. قم بتحسين مستوى العزل في خطوط الكهرباء، خاصة مستوى العزل في خطوط الخرج ذات الجهد المنخفض لمحول التوزيع على مسافة معينة. في الوقت نفسه، رفع معايير متطلبات ممر الأمان ومدى الأمان لخطوط الجهد المنخفض لتقليل تأثيرات وأخطار الأعطال في المنطقة المجاورة. وهذا يشمل الاهتمام بجودة التركيب والصيانة لأطراف الجهد المنخفض (نظراً لأن انفجار الأطراف ذات الجهد المنخفض غالباً ما يعادل قصر الدائرة الثانوية)، ومنع دخول الحيوانات الصغيرة، وتحسين متطلبات جودة المصادر الكهربائية ذات الجهد المنخفض لمنع حالات مثل عدم تفجير المصادر الكهربائية.
تحسين أنماط التشغيل. عند تحديد أنماط التشغيل، قم بحساب تيار قصر الدائرة وتحديد أخطاره. خاصة، منع تشغيل محول التوزيع تحت زيادة الحمل. حاول حساب وتعديل الحمل الكهربائي لمحول التوزيع.
تحسين مستوى إدارة التشغيل. أولاً، منع تأثيرات قصر الدائرة الناتجة عن الخطأ في التشغيل. تعزيز الرصد والصيانة الفورية لمحولات التوزيع، اكتشاف درجة التشوه في محولات التوزيع في الوقت المناسب، وضمان تشغيلها بأمان. في الوقت نفسه، زيادة الجهود المبذولة في تفتيش استهلاك الكهرباء للمستخدمين في منطقة محول التوزيع لمنع مشاكل زيادة الحمل الناتجة عن سرقة الكهرباء من قبل المستخدمين.
2.2 أعطال التفريغ
بناءً على كثافة الطاقة للتفريغ، يتم تصنيف أعطال التفريغ في محولات التوزيع عادةً إلى التفريغ الجزئي، التفريغ الشراري، والتفريغ عالي الطاقة. للتفريغ تأثيرين مدمرَين على العزل: الأول هو أن جزيئات التفريغ تضرب العزل مباشرة، مما يؤدي إلى تلف العزل المحلي وتزايد هذا التلف حتى يحدث انهيار العزل. الثاني هو أن المواد الكيميائية النشطة مثل الحرارة وأوزون وأكسيد النيتروجين المتولدة من التفريغ تآكل العزل المحلي، وتزيد من فقدان العازل، وتقود في النهاية إلى الانهيار الحراري.
2.2.1 أعطال التفريغ الجزئي في محولات التوزيع
يشير التفريغ الجزئي إلى ظاهرة التفريغ غير المغلقة التي تحدث على حواف الفجوات الهوائية أو الأفلام الزيتية أو الموصلات داخل هيكل العزل تحت تأثير الجهد. في البداية، يكون التفريغ الجزئي تفريغاً ذا طاقة منخفضة. عندما يحدث هذا النوع من التفريغ داخل محول التوزيع، تكون الحالة أكثر تعقيدًا. وفقًا لأوساط العزل المختلفة، يمكن تقسيم التفريغ الجزئي إلى التفريغ الجزئي في الفقاعات والتفريغ الجزئي في الزيت. وفقًا لمواقع العزل، يشمل التفريغ الجزئي في التجاويف من العزل الصلب، وفي نهايات الأقطاب، وفي الفجوات الزاوية للزيت، وفي الفجوات بين الزيت وألواح العزل الورقية، وطول السطح الصلب للعزل في الزيت. أسباب التفريغ الجزئي هي كالتالي:
عند وجود فقاعات في الزيت أو تجاويف في المواد العازلة الصلبة، بسبب صغر ثابت العزل الكهربائي للغاز، فإنه يتحمل قوة كهربائية عالية تحت الجهد المتردد، ولكن قوة تحمل الجهد لديه أقل من مواد العزل الزيتية والورقية. لذا، فمن المرجح أن يحدث التفريغ أولاً في الفجوة الهوائية.
تأثير الظروف البيئية الخارجية. على سبيل المثال، إذا كانت معالجة الزيت غير كاملة وترسبت فقاعات من الزيت، فإن ذلك سيتسبب في التفريغ.
