تصميم وتنفيذ محول خاص بتنظيم السعة تلقائيًا

1. المقدمة

الطاقة ضرورية للعمل والتنمية المجتمعية. لمواجهة سياسات الحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات الوطنية، من الضروري تحسين استغلال الموارد وهو أمر حاسم للشركات الكهربائية. تعزز التحديثات المتعددة المراحل للشبكات الريفية تطور المحولات التوزيعية. رغم كفاءتها العالية، لا تزال المحولات المنتشرة تواجه خسائر كبيرة بشكل عام بسبب مشاكل السعة والاستخدام؛ حيث يأتي 70% من الخسائر في الشبكات ذات الجهد المتوسط والمنخفض من المحولات التوزيعية. تحتوي الشبكات الريفية على أحمال مركزة تتأثر بالمواسم، مع فروق كبيرة بين الذروة والوادي مما يقلل من معدل الأحمال المتوسط للمحولات. استخدام محولات تنظيم السعة في هذه المناطق يساعد على مطابقة السعة للأحمال، مما يضمن التشغيل الاقتصادي والأمان، ويقلل من الأحمال الزائدة وتبديد الطاقة. تصميم محول خاص ذاتي التنظيم يقدم اختراقات تقنية وقيمة عملية ونظرية.

2. آلية إنتاج خسارة المحول

تعد المحولات جزءًا أساسيًا في شبكات التوزيع لتوزيع الطاقة وتعديل الجهد والتيار، وتتعرض لخسائر طاقة كبيرة أثناء التشغيل الطبيعي وهي تتكون من خسائر قصيرة الدائرة (خسارة الحمل) وخسائر عدم الحمل.

تحدث خسارة القصر (خسارة الحمل) عندما يتدفق التيار المقنن عبر ملفات اللف تحت الحمل. يتم اكتشافها عبر اختبارات القصر (تطبيق جهد منخفض على الجانب الأول، قياس التيار المقنن على الجانب الثاني، مع تجاهل خسارة النواة)، وهي تقترب من خسارة النحاس. هذه الخسارة تتناسب مع الحمل، محددة بواسطة معاملات الحمل وخسارة القصر المقننة.

3. تصميم وتنفيذ محول خاص ذاتي التنظيم للسعة
3.1 هيكل محول تنظيم السعة

يستخدم محول التوزيع ذو تغيير الفواصل D - Y أنماط لف مختلفة للعمليات ذات السعات الكبيرة والصغيرة: مثلث (D) للسعات الكبيرة، نجمة (Y) للسعات الصغيرة (يسمى تحويل النجمة إلى المثلث). تتكون ملفات اللف ذات الجهد المنخفض من أسلاك بنسبة 27% و 73%، حيث يكون مقطع السلك الأخير حوالي نصف الأول.

3.2 تحقيق التنظيم التلقائي للسعة

تعتمد محولات التنظيم التلقائي للسعة تحت الحمل على وحدات التحكم الآلية: جمع البيانات، التخزين، المحولات، التفاعل بين الإنسان والآلة، مصدر الطاقة، وحلقات الإدخال والإخراج. تقوم المحولات الجهدية والتكييفية بجمع الإشارات، ومعالجة هذه الإشارات بواسطة دوائر آنالوجية ومعالجات دقيقة. تخزن البيانات المعالجة في الذاكرة للتواصل الخارجي أو التبادلات المستقبلية. يوضح الشكل 1 تكوين نظام التحكم الآلي.

3.3 عملية التحكم لنظام التحكم الآلي

يتم جمع التيار التناظري لمحول تنظيم السعة وجهد الجانب الثانوي بواسطة جهاز التحكم في تنظيم السعة تحت الحمل. ثم يتم الجمع بين حالة التبديل الكمية لمحول تنظيم السعة، يمكن تنفيذ الحكم العددي بناءً على خصائص وضع التشغيل ومعلمات التشغيل للموضوع المراد التحكم فيه. ثم يتم تحديد ما إذا كانت الشروط اللازمة لتنفيذ المهمة مستوفاة بناءً على ظروف التحكم الفعلية.

إذا تم استيفاء الشروط وكان هناك حاجة لضبط سعة محول التوزيع، سيتم تبديل البرنامج إلى وحدة مهمة لضبط سعة المحول. بعد إكمال مهمة ضبط السعة، سيتم الدخول إلى الوحدات الوظيفية المساعدة الأخرى. إذا لم يتم استيفاء شروط تشغيل المهمة، أو لم يكن هناك حاجة فورية لضبط سعة المحول، سيتم الدخول مباشرة إلى الوحدات الوظيفية المساعدة الأخرى. يوضح الشكل 2 مخطط تدفق نظام التحكم الآلي.

3.4 الهيكل المادي لنظام التحكم الآلي في تنظيم السعة تحت الحمل

يتكون الهيكل المادي لنظام التحكم الآلي في تنظيم السعة تحت الحمل بشكل أساسي من وحدة جمع الإشارات، وحدة اتصال البيانات، وحدة الإدخال، وحدة الإخراج، نظام لوحة التحكم، البلور المرن للطاقة، ودارة الساعة.

يتمتع نظام التنظيم التلقائي للسعة تحت الحمل بقدرة عالية على مقاومة التداخل وموثوقية الأجهزة بشكل أساسي لأن جميع مكوناته تستخدم رقائق صناعية. بالإضافة إلى ذلك، يتم مراعاة توافق المكونات والدوائر الكهرومغناطيسية أثناء تصميم الدوائر. هذا يضمن أن نظام التنظيم التلقائي للسعة تحت الحمل يتمتع بمستوى عالٍ من موثوقية التشغيل والأمان الكهربائي، ويمكنه تلبية متطلبات الاستخدام حتى في البيئات الكهربائية القاسية.

4. الخاتمة

في شبكات التوزيع، فإن الاستخدام الواسع لعدد كبير من محولات التوزيع يعني أن الخسائر الحالية في هذه المحولات تمثل نسبة عالية نسبيًا من الخسائر الكلية في شبكة التوزيع. تواجه الأحمال الكهربائية الريفية ظروفًا غير مواتية مثل التغيرات الموسمية، وفترات الاستخدام السنوية القصيرة، وظهور حالات عدم الحمل أو الحمل الخفيف بشكل متكرر. نتيجة لذلك، تكون الحالات التي يبقى فيها معدل الحمل للمحولات ضمن نطاق تشغيلي معقول نادرة نسبيًا.

يمكن لمحولات تنظيم السعة أن تتكيف مع تقلبات الحمل والحالة المفصلية لمحول تنظيم السعة. من خلال تغيير طريقة الاتصال لملفات اللف للمحولات، يتمتعون بخاصية قابلية ضبط السعة. لذا فإن تثبيت محولات تنظيم السعة بشكل معقول في مناطق الشبكات الريفية ذات الأحمال الكبيرة والتقلبات الجهدية المتكررة له تأثير واضح نسبيًا على توفير الطاقة وتقليل الخسائر في الدائرة.

مع التطور المستمر والتقدم في تقنيات استخدام الكهرباء، تصبح تحسينات الوظائف في محولات التنظيم التلقائي للسعة تحت الحمل أكثر كمالًا. يُعتقد أن المحولات الخاصة ذات التنظيم التلقائي للسعة ستحقق اختراقات جديدة في مجال توفير الطاقة وتقليل الخسائر في شبكات التوزيع المستقبلية.