تطبيق متنفسات المحولات الخالية من الصيانة في محطات التحويل

حالياً، يتم استخدام المنشقفات التقليدية على نطاق واسع في المحولات. لا يزال قدرة السيليكا جل على امتصاص الرطوبة يتم تحديدها من قبل فنيي التشغيل والصيانة من خلال ملاحظة تغير لون حبات السيليكا جل بشكل بصري. يلعب الحكم الشخصي للأشخاص دورًا حاسمًا. رغم أن هناك تعليمات واضحة بأن يتم استبدال السيليكا جل في منشقف المحول عندما يتغير لون أكثر من ثلثيه، لا يوجد بعد طريقة دقيقة لتحديد كمية التقلص في القدرة على الامتصاص عند مراحل معينة من تغير اللون.

وبالإضافة إلى ذلك، تختلف مستويات مهارة فنيي التشغيل والصيانة بشكل كبير، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في التعرف البصري. أجرت بعض الشركات والأشخاص الأبحاث المتعلقة بهذا الموضوع، مثل الكشف عن محتوى الرطوبة في الهواء بعد تنقية السيليكا جل أو مراقبة الوزن الحقيقي للسيليكا جل. يتم استخدام الحواسيب المدمجة للتحكم والكشف ونقل البيانات لتحكم تلقائي في التسخين وإزالة الرطوبة من السيليكا جل.

1. تحليل الوضع الفني الحالي
1.1 أبحاث منشقفات المحولات من المؤسسات الأجنبية
على مدى سنوات عديدة، بناءً على الأبحاث الأكاديمية والتطبيقات العملية في الخارج، تم اعتبار الكشف عن محتوى الرطوبة في الهواء بعد امتصاص السيليكا جل الطريقة الأكثر شيوعًا وانتشارًا وفعالية لتقييم مستوى تشبع السيليكا جل. ومع ذلك، لا يمكن لهذه الطريقة أن تحدد بشكل مباشر نسبة تشبع السيليكا جل بالرطوبة؛ بل تشير فقط - بطريقة غير مباشرة - إلى أن قدرة الامتصاص قد تراجعت وأن العلاج بالتخلص من الرطوبة مطلوب.

تقدم شركة MR حالياً منتجًا مشابهًا يعالج هذه المشكلة، باستخدام مبادئ الاستشعار بالرطوبة لتقييم درجة رطوبة السيليكا جل، باستخدام سيليكا جل أبيض (من النوع غير المؤشر). من بين عيوب هذا المنتج: ميل أجهزة الاستشعار للرطوبة للتلف عند تعرضها للرطوبة المشبعة (التكاثف إلى قطرات ماء)، وعدم إمكانية للمستخدمين رؤية تأثير امتصاص الرطوبة بصرًا، وعدم إمكانية التحقق من عملية التخلص من الرطوبة/التجديد.

تقدم ABB أيضًا حلًا مشابهًا يتميز ببنية أنبوبية مزدوجة. أثناء التشغيل، يربط صمام كهرومغناطيسي أحد الأنابيب بقناة التنفس للمحافظ بينما يخضع الآخر للتجفيف وإعادة التجديد. ومع ذلك، بسبب حجمه الكبير وزنه الثقيل وتكلفته العالية، فإنه غير مناسب لإعادة تركيب المنشقفات التقليدية الموجودة على الموقع.

1.2 أبحاث منشقفات المحولات من المؤسسات المحلية
طورت بعض الشركات المحلية منشقفات بدون صيانة. تستخدم هذه الأجهزة قياسات الوزن عبر الإنترنت لبناء نماذج لتشبع السيليكا جل بالرطوبة والتخلص من الرطوبة بالتبريد الزمني. باستخدام نظرية التحكم الضبابي، تحقق تجفيف هواء مثالي وإزالة رطوبة علمية. لضمان تطابق ملحقات المنشقف مع عمر خدمة المحول، يتم استخدام المعالجات الدقيقة العسكرية المتينة ونظام التشغيل VxWorks، بالإضافة إلى مكونات الاستشعار والتشغيل عالية الاستقرار. وهذا يحقق حقًا تشغيل منشقف المحول بدون صيانة، مما يحسن بشكل كبير كفاءة العمل والأمان على الموقع ويعزز موثوقية أنظمة تزويد الطاقة.

1.3 وجهتان نظر موجودتان حول استبدال المنشقفات التقليدية
لا يوجد حالياً توافق موحد داخل الصناعة الكهربائية بشأن تأثير استبدال السيليكا جل في منشقفات المحولات الرئيسية على حماية بوخولتز (حماية الغاز). رغم الاتفاق العام على أنه أثناء استبدال السيليكا جل يجب تغيير حماية الغاز الثقيل من وضع "قطع" إلى وضع "تنبيه"، إلا أن هناك خلاف كبير حول كيفية إعادة تكوين الحماية بعد الاستبدال.

تعتقد إحدى النظريات أن استبدال السيليكا جل في المنشقف قد يؤدي إلى انطلاق خاطئ لحماية الغاز؛ وبالتالي، بعد الاستبدال، يجب أن يخضع المحول لعملية تجريب لمدة 24 ساعة (مع ضبط حماية الغاز الثقيل على وضع التنبيه) قبل إعادة ضبطه على وضع القطع.

وتقول النظرية الأخرى إن بعد استكمال استبدال السيليكا جل، لا يوجد أي تأثير آخر على حماية الغاز الثقيل، لذا يجب استعادة الحماية على الفور إلى وضع القطع.

في الوقت الحالي، تتبنى شركة تزويد كهربائي معينة الإجراء التالي: قبل الاستبدال، تقوم بطلب موافقة مركز التحكم على تغيير رابط حماية الغاز الثقيل من وضع القطع إلى وضع الإشارة؛ وبعد الانتهاء، تقوم بطلب موافقة مركز التحكم مرة أخرى على استعادة وضع القطع. يقومون بالتحقق من أن أحد طرفي رابط حماية الغاز الثقيل يحمل –110V بينما يكون الطرف الآخر بدون جهد قبل إعادة توصيل الرابط.

1.4 الوضع الحالي لتطبيق منشقفات المحولات
تحتوي الشركة المزودة للكهرباء حاليًا على نوعين من المنشقفات: أسطوانات زجاج عضوي قابلة للفصل وأسطوانات غير قابلة للفصل. بالنسبة للمنشقفات القابلة للفصل، يتطلب عملية الاستبدال دقة عالية من قبل المشغلين فيما يتعلق بالإجراءات وعزم اللحام؛ وإلا، فإن الزجاج العضوي يتأثر بسهولة. تستغرق العملية وقتًا طويلاً، وتؤدي الاستبدالات المتكررة غالبًا إلى ختم سيء في الفواصل، مما يسمح للهواء الرطب غير المرشح بالدخول إلى المحافظ وقد يؤدي إلى دخول الرطوبة إلى زيت المحول.

تجنب المنشقفات غير القابلة للفصل هذه المشكلات ولكنها تواجه مشكلة أخرى: فتحة الملء الصغيرة تؤدي إلى تسرب السيليكا جل أثناء الاستبدال، مما يلوث البيئة.

في 64 محطة تحويل لدى الشركة، تم استبدال السيليكا جل 178 مرة في عام 2015، بإجمالي 541 كجم. تزداد تواتر الاستبدال بشكل كبير خلال موسم الأمطار بسبب الرطوبة العالية، مما يتطلب موارد بشرية ومادية كبيرة. في المناطق الجبلية، تزيد المخاطر مثل انهيار الطرق والانهيارات الصخرية خلال موسم الأمطار من مخاطر النقل.

2. مبدأ عمل منشقفات المحولات بدون صيانة
تُثبت سلسلة JY-MXS من المنشقفات بدون صيانة على محافظ المحولات المغمورة بالزيت. عندما يتوسع أو يتقلص زيت المحول بسبب التحميل أو تغير درجة الحرارة المحيطة، يمر الغاز في المحافظ عبر المادة الجافة داخل منشقف بدون صيانة، مما يزيل الغبار والرطوبة من الهواء للحفاظ على قوة العزل لزيت المحول.

بعد الاستخدام لفترة طويلة، عندما يصبح مادة الترطيب رطبة، يتم تفعيل وظيفة التسخين في المتنفس بشكل تلقائي لإزالة الرطوبة. يتكون النظام بشكل أساسي من خزانة مرشح، أنبوب زجاجي، محور رئيسي، خلية حمل (مستشعر وزن)، مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة، عنصر تسخين، لوحة تحكم، وجيل السيليكا.

عندما يستنشق المحافظ الهواء، يمر أولاً عبر شبكة فلتر معدني ملحوم تزيل الغبار. ثم يتدفق الهواء المفلتر عبر غرفة التجفيف حيث يتم امتصاص الرطوبة تماماً بواسطة مادة الترطيب.

يتم قياس مستوى التشبع بالرطوبة للجيل السيليكا بواسطة خلية حمل مثبتة داخل المتنفس. عندما يتجاوز التشبع عتبة محددة مسبقاً، يتم تفعيل عناصر التسخين من الألياف الكربونية داخل غرفة التجفيف لتجفيف مادة الترطيب. ينتشر البخار الناتج إلى الخارج عن طريق الحمل الحراري، يمر عبر الشبكة المعدنية، يتجمع على الأنبوب الزجاجي، ويتدفق إلى الفلين المعدني في الأسفل، مغادراً المتنفس.

إذا فشل مستشعر الرطوبة، فإن جهاز التحكم بالتوقيت الموجود داخل صندوق التحكم يضمن التسخين الدوري في فترات محددة مسبقاً، مما يحقق تشغيلاً حقاً دون الحاجة للصيانة.

3. تطبيق المتنفسات غير المستهلكة للصيانة على المحولات
قام شركة الكهرباء بتثبيت سلسلة JY-MXS من المتنفسات غير المستهلكة للصيانة على مفاتيح التغيير تحت الحمل (OLTC) وأجزاء الجسم الرئيسية للمحول رقم 1 في محطتين مختلفتين جغرافياً بقدرة 110 كيلوفولت (محطة A ومحطة B).

بعد أكثر من عام من التشغيل:

• في محطة A، لم يكن هناك حاجة لتحلية الجيل السيليكا للمتنفسات الخاصة بمحول رقم 1 سواء لأجزاء OLTC أو الجسم الرئيسي. في المقابل، خضع محول رقم 2 لـ 5 استبدالات للمتنفس الرئيسي (إجمالي 15 كجم) و 6 استبدالات للمتنفس الخاص بـ OLTC (إجمالي 6 كجم).

• في محطة B، لم يكن هناك حاجة أيضاً لتحلية الجيل السيليكا بالنسبة لمحول رقم 1. بينما خضع محول رقم 2 لـ 3 استبدالات للمتنفس الرئيسي (9 كجم) و 5 استبدالات للمتنفس الخاص بـ OLTC (5 كجم).

تشير البيانات التشغيلية والفحوصات العشوائية إلى أن جميع وظائف المتنفسات غير المستهلكة للصيانة كانت تعمل بشكل طبيعي. عند الوصول إلى مستوى معين من التشبع للجيل السيليكا، يتم تفعيل التسخين بناءً على إشارات المستشعر لتجفيف الحبات. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحليل بيانات الوزن التاريخية لمدة ستة أشهر، أنشأ المتحكم نمطاً لامتصاص الرطوبة وطبق استراتيجية هجينة تجمع بين التحكم بالوزن والتوجيه الزمني، مما يقلل من حمل العمل على الموظفين ويعزز التحكم الآلي ويقدم فوائد اقتصادية واجتماعية.

4. الخلاصة
بشكل عام، يمكن القول بأن تركيب المتنفسات غير المستهلكة للصيانة على مفاتيح التغيير تحت الحمل وأجزاء الجسم الرئيسية للمحولات في المحطات الكهربائية يمكنه تحقيق ما يلي:

• تسخين مدفوع بالمستشعر لإزالة الرطوبة من الجيل السيليكا المشبع،

• مراقبة مباشرة في الوقت الحقيقي عبر الوظائف التواصلية،

• قدرات التشخيص الذاتي لتسهيل الصيانة.

تلك الميزات تظهر أن المتنفسات غير المستهلكة للصيانة يمكنها استبدال الأنظمة التقليدية بشكل كامل، وبالتالي حل مشكلة امتصاص الرطوبة في المحولات وتحقيق تشغيل حقاً دون الحاجة للصيانة. بالإضافة إلى ذلك، بما أن الحاجة لتحلية الجيل السيليكا قد تم إلغاؤها، فقد تم حل النقاش المستمر حول إعدادات الحماية من الغاز الثقيل بعد التحلية.

باستخدام المتنفسات غير المستهلكة للصيانة، يمكن لشركة الكهرباء مراقبة حالة الملحقات عبر الإنترنت، والحصول على حالة المعدات في الوقت الحقيقي، وتنفيذ الإجراءات الوقائية قبل حدوث الأعطال - مما يمنع تشغيل المحولات تحت الحمل الكامل بينما توجد مخاطر خفية. هذا يسد الفجوة التي تركتها المتنفسات التقليدية التي لا تدعم المراقبة عبر الإنترنت.

بالإضافة إلى ذلك، فإنه يقلل بشكل كبير من تكاليف العمالة والتفتيش الروتيني، ويحفز إعادة التدوير، ويقلل من خطر الحوادث الكبرى الناجمة عن أعطال ملحقات صغيرة. هذا يسمح بجدولة أكثر فعالية ومنهجية للأنشطة الصيانة، ويتجنب النفقات غير الضرورية، ويضمن تشغيل المحولات بشكل مستدام وآمن، ويكفل تحقيق أهداف زيادة الإنتاجية والكفاءة والأمان والحماية البيئية.