تصميم وتطبيق حالة نظام غرفة إخماد القوس لقاطع الدائرة SF6 بسعة 252 كيلوفولت ذو الخزان غير المكهرب

مقدمة

في السنوات الأخيرة، ازداد الطلب على الكهرباء في نيجيريا مع تطور اقتصادها ومجتمعها. نظام نقل كهربائي مستقر وموثوق به يعتبر حيويًا لتطورها. تلعب خطوط النقل ذات الجهد العالي 252 كيلوفولت دورًا مهمًا في شبكة الكهرباء النيجيرية، وأداء المقاطع الكهربائية يؤثر مباشرة على سلامة واستقرار هذه الخطوط. ABB، باعتبارها من الشركات الرائدة عالميًا في تصنيع المعدات الكهربائية، طورت مقاطع كهربائية SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت بنظام غرفة إطفاء القوس المتقدم، والذي تم تصميمه لتلبية الاحتياجات الخاصة بشبكة الكهرباء النيجيرية وقد حصل على شهادة SONCAP، مما يضمن مطابقته للمعايير المحلية.

تصميم نظام غرفة إطفاء القوس
تصميم قاطع ثنائي التسلسل لإطفاء القوس

تستخدم غرفة إطفاء القوس في قاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت تصميم قاطع ثنائي التسلسل. في هذا التصميم، يتم ربط مقاطعين متسلسلين، ويتم تصميم كل قاطع ليتحمل حوالي 50% من الجهد الكلي، أي 126 كيلوفولت. هذا النهج المبتكر يقلل بشكل كبير من الضغط على الاستعادة العازلة لأي قاطع واحد.

عند حدوث عطل قصير الدائرة في الشبكة الكهربائية، ينتج قوس كهربائي ذو تيار عالي في قاطع الكهرباء. في القاطع التقليدي الأحادي، يحتاج القاطع إلى تحمل جهد 252 كيلوفولت بالكامل أثناء عملية إطفاء القوس، مما يضع ضغطًا هائلًا على استعادة العازلة للقاطع. ومع ذلك، في التصميم الثنائي التسلسل، يتم تقاسم الجهد بين القاطعين. وهذا ليس فقط يقلل من الإجهاد الكهربائي على كل قاطع ولكنه أيضًا يقصر الوقت اللازم للاستعادة العازلة. وبالتالي، يتم تحسين كفاءة إطفاء القوس وتقليل خطر إعادة الاشتعال بعد إطفائه بشكل كبير.

لضمان التشغيل المستقر لنظام القاطع الثنائي التسلسل، طورت ABB أيضًا مجموعة من التقنيات الدقيقة لتقاسم الجهد. يتم تركيب مكثفات موازية خاصة عند طرفي كل قاطع. يتم ضبط هذه المكثفات بدقة لضمان أن يكون توزيع الجهد بين القاطعين متوازنًا قدر الإمكان، حتى تحت ظروف العطل الفاصلة المعقدة. هذا الآلية لتقاسم الجهد تعزز موثوقية نظام غرفة إطفاء القوس بشكل أكبر.

هيكل أسطوانة الضغط ذو المكبس من نوع T

تم تصميم أسطوانة الضغط في نظام غرفة إطفاء القوس بهيكل مكبس من نوع T، وهو أحد المكونات الرئيسية لإنتاج تدفق غاز SF6 عالي السرعة. عندما يتلقى قاطع الكهرباء أمر فتح، يبدأ المكبس من نوع T في الحركة. أثناء عملية الفتح، يقوم المكبس بضغط غاز SF6 داخل الأسطوانة إلى ضغط 1.2 ميغا باسكال.

هذه العملية الضاغطة تخضع للتحكم الدقيق لضمان إنتاج تدفق غاز عالي السرعة بسرعة 600 متر/ثانية. يلعب تدفق غاز SF6 عالي السرعة دورًا حيويًا في عملية إطفاء القوس. عند تكوين القوس، يمكن لهذا التدفق الغازي عالي السرعة تبريد بلازما القوس بسرعة، وخفض درجة حرارة القوس وإزالة الجسيمات المؤينة في قناة القوس. وبذلك، يسرع عملية استعادة القوة العازلة في فجوة إطفاء القوس، مما يسمح لقاطع الكهرباء بقطع التيار العاطل بسرعة وإكمال مهمة إطفاء القوس.

يتميز هيكل المكبس من نوع T أيضًا ببساطة الهيكل والقوة الميكانيكية العالية والأداء الختمي الجيد. البساطة الهيكلية تسهل تصنيع وصيانة الأسطوانة الضاغطة، بينما القوة الميكانيكية العالية تضمن أن يتمكن المكبس من تحمل الحركة ذات الضغط العالي والسرعة العالية أثناء العملية. الأداء الختمي الجيد للأسطوانة الضاغطة يضمن عدم تسرب غاز SF6، مما يحافظ على التشغيل الطبيعي لقاطع الكهرباء ويضمن سلامة الشبكة الكهربائية.

نوافذ مصنوعة من الياف الكربون المدعمة بـ PTFE

النافذة هي جزء مهم من غرفة إطفاء القوس، وأداء مادة النافذة يؤثر مباشرة على عمر الخدمة وكفاءة إطفاء القوس لقاطع الكهرباء. اختارت ABB الياف الكربون المدعمة بـ PTFE كمادة للنوافذ في غرفة إطفاء القوس لقاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت.

تتمتع الياف الكربون المدعمة بـ PTFE بخصائص ممتازة مثل مقاومة الحرارة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل القوية بسبب القوس. خلال عملية إطفاء القوس، يمكن أن تصل درجة الحرارة في منطقة القوس إلى قيم عالية جدًا، غالبًا ما تتجاوز 10,000 درجة مئوية. تساعد مقاومة الحرارة العالية لالياف الكربون المدعمة بـ PTFE النافذة على الحفاظ على تكاملها الهيكلي واستقرار أدائها في مثل هذه الظروف القاسية.

من حيث مقاومة التآكل بسبب القوس، يمكن لهذه المادة تحمل ما لا يقل عن 2000 انقطاع كامل السعة (50 كيلو أمبير)، مما يمد دورة الصيانة لقاطع الكهرباء بشكل كبير. مقارنة بمادة النوافذ التقليدية، تتمتع النوافذ المصنوعة من الياف الكربون المدعمة بـ PTFE بحياة خدمة أطول، مما يقلل من تكرار صيانة واستبدال المعدات وبالتالي يقلل من تكاليف التشغيل والصيانة الكلية للشبكة الكهربائية.

شهادة SONCAP والتوافق

لدخول السوق النيجيرية، نجح نظام غرفة إطفاء القوس لقاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت الذي طورته ABB في الحصول على شهادة SONCAP. تعتبر شهادة SONCAP برنامج تقييم صارم تنفذه المنظمة النيجيرية للمعايير لضمان أن المنتجات الكهربائية المستوردة تتوافق مع المعايير المحلية المتعلقة بالسلامة والصحة والحماية البيئية.

خلال عملية الشهادة، خضع منتج ABB لاختبارات شاملة في مختلف الجوانب، بما في ذلك الأداء الكهربائي والأداء الميكانيكي والأداء الأمني والتكيف البيئي. وقد تم التحقق بدقة من تصميم القاطع الثنائي التسلسل وهيكل أسطوانة الضغط من نوع T والنافذة المصنوعة من الياف الكربون المدعمة بـ PTFE.

على سبيل المثال، في اختبارات الأداء الكهربائي، أثبتت أداء تقاسم الجهد لنظام القاطع الثنائي، وقدرة قاطع الكهرباء على إطفاء القوس تحت تيارات عاطلة مختلفة، وخواص الاستعادة العازلة أنها تتوافق أو تتجاوز متطلبات المعايير النيجيرية. وفي اختبارات الأداء الميكانيكي، تم الاعتراف بشكل كامل بقوة ومتانة هيكل المكبس من نوع T ومعتمد على الموثوقية الميكانيكية لعملية قاطع الكهرباء.

ساهم الحصول الناجح على شهادة SONCAP ليس فقط في إثبات جودة وجودة نظام غرفة إطفاء القوس لقاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت الذي طورته ABB، ولكنه أيضًا يوفر ضمانًا قويًا لتطبيقه الواسع في شبكة الكهرباء النيجيرية.

التطبيق في شبكة الكهرباء النيجيرية

تم تطبيق قاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت بهذا النظام المتقدم لغرفة إطفاء القوس بنجاح في العديد من المشاريع الرئيسية لنقل الطاقة في نيجيريا. في هذه المشاريع، أظهرت المقاطع الكهربائية أداءً ممتازًا.

خلال عملية التشغيل، تعامل تصميم القاطع الثنائي التسلسل لإطفاء القوس بشكل فعال مع العديد من أعطال الدائرة القصيرة، مما يضمن عزل الأعطال بسرعة وتقليل تأثيرها على الشبكة الكهربائية. أدى هيكل أسطوانة الضغط من نوع T بإنتاج تدفق غاز SF6 عالي السرعة بشكل مستقر، مما يسمح للمقاطع الكهربائية بإكمال مهمة إطفاء القوس في وقت قصير. كما حافظت النوافذ المصنوعة من الياف الكربون المدعمة بـ PTFE على أداء جيد، ولم يحدث لها تآكل أو تلف كبير حتى بعد العديد من العمليات.

بفضل التشغيل الموثوق لهذه المقاطع الكهربائية، تحسنت موثوقية واستقرار شبكة الكهرباء النيجيرية بشكل كبير. تم تقليل انقطاعات الطاقة الناجمة عن أعطال المقاطع الكهربائية بشكل كبير، مما يوفر تزويدًا أكثر استقرارًا للطاقة للإنتاج الصناعي وللحياة اليومية للناس في نيجيريا. في نفس الوقت، العمر الطويل للمقاطع الكهربائية ومتطلبات الصيانة المنخفضة قد خفضت تكاليف التشغيل والصيانة للسلطات المحلية للطاقة، وهو أمر له أهمية كبيرة لتطوير صناعة الطاقة في نيجيريا بشكل مستدام.

خاتمة

تصميم نظام غرفة إطفاء القوس لقاطع الكهرباء SF6 بخزان ميت بجهد 252 كيلوفولت الذي طورته ABB، بتصميمه المبتكر للقاطع الثنائي التسلسل وهيكل أسطوانة الضغط من نوع T والنافذة المصنوعة من الياف الكربون المدعمة بـ PTFE، يقدم حلًا ممتازًا لنقل الطاقة ذات الجهد العالي في نيجيريا. الحصول على شهادة SONCAP يضمن مطابقته للمعايير المحلية، وتطبيقه الناجح في شبكة الكهرباء النيجيرية قد أثبت موثوقيته العالية وأداؤه الممتاز. يوفر هذا النموذج التصميمي ليس فقط تلبية احتياجات تطور شبكة الكهرباء الحالية في نيجيريا ولكنه أيضًا يوفر تجربة قيمة ومراجعًا للتصميم والتطبيق لمقاطع الكهرباء ذات الجهد العالي المشابهة في المناطق الأخرى. في المستقبل، ستواصل ABB تحسين وتطوير هذه التكنولوجيا لمساهمة أكبر في تطور صناعة الطاقة العالمية.