تحليل ومعالجة عطل في جهاز قاطع الدائرة بـ GIS بجهد 550 كيلوفولت

1. وصف ظاهرة العطل

حدث عطل في الفاصل الكهربائي لمعدات GIS بجهد 550 كيلوفولت في الساعة 13:25 من يوم 15 أغسطس 2024، بينما كانت المعدات تعمل تحت تحميل كامل بتيار تحميل يبلغ 2500 أمبير. وفي لحظة حدوث العطل، تدخلت أجهزة الحماية المرتبطة بشكل فوري، حيث قطعت مفتاح الدائرة المناسب وأحاطت بالخط المعيب. تغيرت معلمات التشغيل النظامية بشكل كبير: انخفض تيار الخط فجأة من 2500 أمبير إلى 0 أمبير، وتراجعت الجهد الأمي للحافلة فوراً من 550 كيلوفولت إلى 530 كيلوفولت، مع تذبذب لمدة حوالي 3 ثوانٍ قبل أن يستقر تدريجياً عند 548 كيلوفولت. وكشفت الفحص الميداني الذي أجرته فرق الصيانة عن تلف واضح في الفاصل الكهربائي. تم العثور على علامة حرق طولها حوالي 5 سم على سطح الغلاف العازل. ظهر بقعة حرق بسبب التفريغ قطرها حوالي 3 سم عند نقطة الاتصال بين الأجزاء المتحركة والأجزاء الثابتة، محاطة بأثر رمادي مسحوق، وكان بعض المكونات المعدنية تظهر عليها علامات الذوبان، مما يشير إلى حدوث قوس كهربائي شديد أثناء العطل.

2. تحليل أسباب العطل

2.1 تحليل المعلمات الأساسية للمعدات والظروف التشغيلية
يبلغ الجهد المعين للفاصل الكهربائي 550 كيلوفولت، والتيار المعين 3150 أمبير، والقدرة على القطع 50 كيلو أمبير. هذه المعلمات تلبي متطلبات التشغيل لنظام 550 كيلوفولت في هذا المحطة الكهربائية، مما يضمن نظرياً تشغيلًا موثوقًا به تحت الظروف الطبيعية. كان الفاصل الكهربائي في الخدمة لمدة 8 سنوات مع 350 عملية. تم إجراء آخر صيانة في يونيو 2023، بما في ذلك تلميع نقاط الاتصال والتزليق وضبط الآلية واختبار مقاومة العزل - جميع النتائج كانت ضمن المواصفات في ذلك الوقت. رغم أن عدد العمليات كان ضمن النطاق الطبيعي، فقد تكون قد أدخلت مخاطر الشيخوخة من خلال التشغيل طويل الأمد، مما قد يؤدي إلى عيوب خفية أثناء الخدمة اللاحقة.

2.2 تحليل الاختبارات الأداء الكهربائي

أظهر اختبار مقاومة العزل للفاصل الكهربائي مقاومة عزل بين نقاط الاتصال تبلغ 1500 ميجا أوم (القيمة التاريخية: 2500 ميجا أوم؛ المتطلب القياسي: ≥2000 ميجا أوم). كانت مقاومة العزل للأرض 2000 ميجا أوم (القيمة التاريخية: 3000 ميجا أوم؛ المتطلب القياسي: ≥2500 ميجا أوم). كانت كلتا القيمتين أقل بكثير من البيانات التاريخية والمعايير، مما يشير إلى تدهور أداء العزل.
أعطى اختبار معامل فقدان الدييكتريك (tanδ) عند 10 كيلوفولت قيمة قياسية تبلغ 0.8% (القيمة التاريخية: 0.5%؛ المتطلب القياسي: ≤0.6%). يشير ارتفاع tanδ إلى احتمالية دخول الرطوبة أو تقدم العمر للوسط العازل، مما يقلل من قوة العزل ويزيد من خطر الانهيار الكهربائي.

2.3 تحليل الاختبارات الأداء الميكانيكي
أظهرت قياسات ضغط الاتصال:

• الفاز A: 150 N (القيمة المصممة: 200 N، الانحراف: –25%)

• الفاز B: 160 N (الانحراف: –20%)

• الفاز C: 140 N (الانحراف: –30%)
  كانت جميع قيم الضغط المقاسة أقل من القيم المصممة مع انحرافات كبيرة، مما يمكن أن يتسبب في زيادة مقاومة الاتصال والتسخين المحلي والتقطير الكهربائي.

أظهر تحليل آليات التشغيل:

• وقت الإغلاق: 80 مللي ثانية (المدى المصمم: 60–70 مللي ثانية)؛ الانحراف في التزامن: 10 مللي ثانية (الحد المصمم: ≤5 مللي ثانية)

• وقت الفتح: 75 مللي ثانية (المدى المصمم: 55–65 مللي ثانية)؛ الانحراف في التزامن: 12 مللي ثانية (الحد المصمم: ≤5 مللي ثانية)
  تجاوزت أوقات الفتح والإغلاق الحدود المصممة، وكان الانحراف في التزامن كبيرًا، مما يشير إلى خلل في الآلية يمكن أن يتسبب في تشغيل غير متزامن لأجزاء الاتصال، مما يؤدي إلى إعادة تكوين القوس الكهربائي والتقطير.

2.4 تحليل شامل لأسباب العطل
دمج جميع النتائج:

• كهربائيًا، تشير انخفاض مقاومة العزل وزيادة tanδ إلى تدهور العزل، مما يخلق ظروفًا لحدوث انهيار.

• ميكانيكيًا، تسببت ضغط الاتصال غير الكافي في تواصل سيء وتسخين محلي، بينما أدت الأداء الغير طبيعي للآلية إلى تشغيل غير متزامن وإعادة تكوين القوس الكهربائي، مما يفاقم تضرر العزل.
  على الرغم من الصيانة الدورية، تعرضت المعدات لتقدم العمر، وساهمت العوامل البيئية مثل التقلبات في درجة الحرارة والرطوبة في تدهور الأداء. نتج العطل البرتقالي للفاصل الكهربائي عن تأثيرات مركبة للتدهور العازل والأعطال الميكانيكية وتقدم العمر للمعدات.

3. إجراءات التعامل مع العطل
3.1 الاستجابة الطارئة على الموقع
بعد حدوث العطل البرتقالي مباشرة، تم تفعيل بروتوكول الاستجابة الطارئة للحفاظ على سلامة الشبكة. تم عزل الفاصل الكهربائي المعيب عن طريق قطع مفاتيح الدائرة المرتبطة به، مما يمنع تفاقم العطل. تم فحص وضبط أجهزة الحماية المرتبطة بالفاصل الكهربائي لتجنب التشغيل الخاطئ أو الفشل. تم إعادة تشكيل وضع التشغيل النظامي بشكل عاجل: تم نقل الحمل السابق الذي كان يحمله الخط المعيب بشكل سلس إلى الخطوط السليمة للحفاظ على تزويد الكهرباء للمستخدمين الأساسيين. أثناء هذا العملية، تم مراقبة معلمات النظام (الجهد، التيار، التردد) عن كثب للتأكد من التشغيل المستقر. تم تعيين الموظفين لتأمين موقع العطل ومنع الوصول غير المصرح به، مما يتجنب الحوادث الثانوية.

3.2 خطة إصلاح المعدات
بناءً على تحليل السبب الجذري، تم تطوير خطة إصلاح مفصلة:

• للتدهور العازل: استبدال واستعادة الوسط العازل. إزالة المواد العازلة التالفة والمبللة أو المسنة وتثبيت مواد جديدة متوافقة لاستعادة أداء العزل.

• لضغط الاتصال غير الكافي: فحص واستبدال الينابيع الاتصال، ضبط ضغط الاتصال على القيم المصممة لتقليل مقاومة الاتصال ومنع التسخين والتقطير.

• للأعطال الميكانيكية: استبدال المكونات التالفة وإعادة ضبط الآلية بالكامل لتلبية المواصفات المصممة لتوقيت وتزامن.

3.3 عملية الإصلاح والنقاط التقنية الرئيسية
تم اتباع الخطة بدقة في أعمال الإصلاح. تم فك العازل بالكامل للتفتيش الشامل لتأكيد مدى الضرر. أثناء استبدال العزل، تم التحكم في الرطوبة والحرارة المحيطتين لمنع تلوث أو امتصاص الرطوبة من المواد الجديدة. تم التأكد من تثبيت العزل بدقة وربطه بإحكام لتجنب الفراغات أو السقوط. استخدمت الأدوات المعايرة لضبط ضغط الاتصال بشكل دقيق وموحد عبر جميع الأطوار. تم الالتزام بالإجراءات في إعادة تجميع الآلية وضبطها لضمان التشغيل السلس والموثوق. بعد الإصلاح، أجريت اختبارات شاملة - مقاومة العزل، tanδ، ضغط الاتصال، وأداء الآلية - كلها تتوافق مع المعايير قبل إعادة الطاقة.

4. التحقق من فعالية الإصلاح
4.1 الاختبار بعد الإصلاح
أكدت الاختبارات الشاملة على استعادة الأداء (انظر الجدول 1):

• مقاومة العزل: ارتفعت بين النقاط من 1500 ميجا أوم إلى 2400 ميجا أوم؛ وزادت المقاومة الأرضية من 2000 ميجا أوم إلى 2800 ميجا أوم - وكلاهما يتوافق مع المعايير.

• tanδ انخفض من 0.8٪ إلى 0.4٪، ضمن الحدود المقبولة، مما يؤكد حل مشاكل الرطوبة والتقادم.

• اختبار تحمل الجهد: حدث الانهيار قبل الإصلاح عند 480 كيلو فولت (< المعيار)؛ بعد الإصلاح، لم يحدث انهيار عند 600 كيلو فولت - مما يؤكد استعادة العزل.

4.2 مراقبة التشغيل والتقييم

خضع الفاصل المصلح لمراقبة تشغيلية لمدة ثلاثة أشهر. ظلت درجات حرارة اللمس طبيعية، مما يؤكد ضبط ضغط اللمس بشكل فعال وتحكم في مقاومة اللمس. استقرت عمليات التبديل: وقت الإغلاق عند 65 مللي ثانية، والفتح عند 58 مللي ثانية، مع انحرافات للمزامنة ≤3 مللي ثانية. لم يحدث إعادة تأجيج أو تصريف. تؤكد نتائج الاختبار والمراقبة المشتركة حل العطل بنجاح واستقرار التشغيل.

5. التدابير الوقائية والتوصيات
لضمان تشغيل نظام GIS بكفاءة وتقليل مخاطر الأعطال، يجب تنفيذ استراتيجيات صيانة صارمة:

• الفحوصات الدورية: قم بإجراء فحوصات بصرية أسبوعية واختبارات وظيفية شهرية بواسطة فرق مؤهلة للكشف عن الضرر أو الشذوذ في وقت مبكر.

• مراقبة حالة متقدمة: نشر أنظمة مراقبة عبر الإنترنت لتتبع التفريغ الجزئي والحرارة والتركيب الغازي في الوقت الحقيقي لتحديد المشكلات المحتملة بشكل مسبق.

• الاختبارات الوقائية: قم بإجراء اختبارات مقاومة العزل والـ tanδ بشكل دوري لتقييم صحة الكهربائية والعزل ومنع الأعطال المتعلقة بالتقدم في العمر أو الرطوبة.

• اختيار وتركيب المعدات: اختر معدات GIS ثابتة ومثبتة تلبي الاحتياجات التشغيلية. التزم بدقة بمعايير التصميم والبناء أثناء التركيب للتأكد من التصحيح الصحيح والاتصالات الآمنة.

• التشغيل: تحقق بصرامة من جميع معلمات الأداء أثناء التشغيل، ووثق جميع البيانات للاستشارة في الصيانة المستقبلية.

• تدريب الموظفين: أجرِ دورات تدريب تقنية وتمارين طوارئ بشكل منتظم لتعزيز كفاءة الموظفين في التشغيل ومعالجة الأعطال، مما يضمن استجابات سريعة وفعالة للحوادث وحماية استقرار الشبكة.

6. الخاتمة
يقدم هذا البحث تحليلًا وحلًا ناجحين لخلل تفريغ في فاصل 550 كيلو فولت GIS. وثائق العطل التفصيلية واختبارات متعددة الأبعاد حددت بأمانة الأسباب الجذرية. أدت الإجراءات الطارئة والإصلاحات المنفذة إلى حل المشكلة بشكل فعال، حيث تم التحقق منها من خلال الاختبارات بعد الإصلاح والمراقبة التشغيلية. تعتبر التدابير الوقائية المقترحة هدفية وعملية، وتقدم إرشادات قيمة لصيانة نظام GIS. يجب أن يعمق العمل المستقبلي البحث في آليات أعطال نظام GIS لتعزيز أمن وموثوقية نظام الطاقة بشكل أكبر.