ما هي أسباب تلف واحتراق محول الجهد في نظام IEE-Business GIS بجهد 35 كيلوفولت

1. نظرة عامة على الحادث
1.1 هيكل واتصال محول الجهد لوحدة التحكم بinterruptor الغازية ذات الجهد 35 كيلوفولت

وحدة التحكم بinterruptor الغازية من نوع ZX2 التي تم تصنيعها في مارس 2011 ودخلت الخدمة الرسمية في يوليو 2012، مجهزة بمجموعتين من محولات الجهد (PTs) لكل قسم من أقسام الحافلة. تم تصميم المجموعتين من PTs لنفس قسم الحافلة في خزانة تحكم واحدة بعرض 600 ملم. يتم ترتيب المحولات الثلاثية الأطوار بشكل مثلثي في الجزء السفلي من الخزانة.

يتم ربط PTs بالفصلات في غرفة الحافلة لخزانة التحكم بPTs عبر سلك قصير. يتم ربط الفصلات بالحافلة الثلاثية الأطوار من خلال نقاط الاتصال المتحركة في غرفة الحافلة المغلقة تماماً بـ SF₆. يقلل الهيكل المغلق للحافلة من معدل الأعطال، والحافلة ليست مجهزة بحماية خاصة للحافلة. يتم إزالة أعطال الحافلة عبر الحماية الاحتياطية للمفتاح الوارد للطاقة.

1.2 طريقة التشغيل قبل الاحتراق

قبل الحادث، كانت الشبكة الكهربائية تعمل كما يلي:

• نظام 220 كيلوفولت: كانت خطوط Qiaoshi و Huishi تعمل بالتوازي مع مفتاح الربط بين الحافلات مغلق.

• حمل المحول الرئيسي: كان المحول الرئيسي رقم 1 يحمل 47 ميجاوات، والمحول الرئيسي رقم 2 يحمل 14 ميجاوات.

• نظام 35 كيلوفولت: كانت الوحدة A تعمل بتقسيم الحافلة الثنائية. كان المولد رقم 2، الذي يحمل 30.5 ميجاوات، متصل به حافلة II من الوحدة A عبر حافلة 1 من الوحدة E، ومفاتيح التوصيل الخطية الساخنة 361 و 367، ويعمل بالتوازي مع المحول الرئيسي رقم 2.

1.3 عملية الحادث

• مؤشرات العطل

• ابتداءً من الساعة 15:11:20.393 في 19 أبريل، أصدر جهاز الحماية لمفتاح 367 في الوحدة E (وحدة الحافلة للمولدات 1 و 2) إنذارات متكررة عن انقطاع PT، والتي كانت تتوقف بشكل متقطع.

• احتراق المعدات

• في الساعة 15:12:59، تم رصد دخان وتقوس في خزانة PT لحافلة 1 في الوحدة E. تم تفعيل حماية التيار الصفرية الزائدة لمفاتيح 361 و 367، مما أدى إلى قطع كلا المفتاحين.

• الفحص في الموقع

• تم فتح باب الخزانة. كان PT للفاز A محروقاً بشدة، وكان مقبس الفاز B مكسوراً. كانت المعدات الداخلية محترقة.

• تم تلف الأسلاك الثانوية للخزانة المجاورة لجهاز الحماية. كانت اختبارات الضغط والعزل لغرفة الحافلة طبيعية.

2. تحليل الأسباب
2.1 جودة المعدات وأخطاء التركيب

• قضايا التصميم والإنتاج

• عملية الطلاء العازلة غير جيدة مما يؤدي إلى التفريغ الجزئي.

• الحديد المغناطيسي فضفاض مما يؤدي إلى تسخين التيار الدوامي.

• اللف غير منتظم مما يزيد من خطر القصر بين اللفائف.

• أخطاء التركيب والصيانة

• لحام ضعيف للبراغي الأرضية مما يزيد من مقاومة الاتصال.

• تشوه الحديد المغناطيسي أثناء النقل/التركيب.

• الضغط العرضي من أسلاك الكابل القصيرة يؤدي إلى تشققات في الإبوكسي مع مرور الوقت.

2.2 ظروف التشغيل غير الطبيعية

• أعطال الدائرة الثانوية

• الحمولة الزائدة في الدائرة الثانوية بسبب الحلقات المتوازية الكثيرة، مما يؤدي إلى زيادة الحرارة وفقًا لـ \(Q = I^2rt\).

• القصور الثانوي يثير تيارًا زائدًا في الدائرة الأساسية ويؤدي إلى التسخين.

• زيادة الجهد النظامي

• الرنين المغناطيسي الناجم عن عمليات التحويل أو التأريض بواسطة القوس الكهربائي، مما ينتج عنه زيادة في الجهد تصل إلى 2.5 مرة من قيمة الجهد المقنن.

• تشوه الموجة يسرع تقدم الشيخوخة العازلة.

• عدم التوازن الثلاثي الأطوار

• محتوى التوافقيات العالي (بشكل أساسي التوافقيات الفردية) يؤدي إلى عدم توازن المقاومة.

• تيار نقل نقطة الحياد يؤدي إلى التسخين في الدائرة الصفرية.

2.3 تحليل الشركة المصنعة بعد الفك

• موقع العطل

• تشققات في الإبوكسي عند ثقب تركيب الفلانجة لـ PT للفاز A أدت إلى التأريض المتقطع.

• انكسار ميكانيكي لمقابس الفاز B أدى إلى قصر بين الفازات.

• تحليل الضغط

• وصلات الكابل غير المرنة تولدت ضغطًا عرضيًا مركزًا في ثقوب الفلانجة.

• تقدم العطل: التأريض المتقطع → احتراق طلاء الألمنيوم → إعادة تعيين العطل → الانهيار النهائي.

3. خطة التجديد
3.1 تحسين الرصد للمعدات

• تنفيذ الرصد المستمر للتفريغ الجزئي لوحدات التحكم بinterruptor الغازية من نفس النموذج وإنشاء بيانات أساسية.

• إجراء اختبارات مقاومة العزل الدورية مع حد أدنى 200 ميجا أوم.

3.2 تحسين التصميم البنيوي

• توسيع الخزانة: زيادة عرض الخزانة من 600 ملم إلى 800 ملم لتحسين التبريد.

• تحديث الاتصال: استبدال سلاك الكابل القصيرة باتصالات مباشرة لتقليل الضغط.

• تصميم وحدات: تبني PTs/Jarresters القابلة للإدخال والسحب لتقليل وقت الصيانة.

3.3 تعزيز نظام الحماية

• إضافة مفاتيح قاطعة مخصصة لوحدات التحكم بPTs مع حماية ضد التيار الزائد/الجهد الزائد.

• تثبيت أجهزة حماية حافلة مخصصة لعزل الأعطال بسرعة.

• تحسين تصميم الدائرة الصفرية لتقليل خطر الرنين.

3.4 تعديل استراتيجية التشغيل والصيانة

• إنشاء سجلات إدارة دورة الحياة الكاملة للمعدات، توثيق بيانات التركيب والصيانة.

• إجراء اختبارات محتوى رطوبة SF₆ ربع سنوية مع حد أقصى ≤300 جزء في المليون.

• إجراء اختبارات خصائص الجهد-الأمبير السنوية لـ PTs للمقارنة مع البيانات المصنعية.

4. الدروس المستفادة والإجراءات الوقائية
4.1 الدروس الرئيسية

• خلل في التصميم: تواجد PTs في نفس الخزانة زاد من خطر انتشار الأعطال.

• ثغرة في الصيانة: فشل في اكتشاف تراكم الأضرار الناجمة عن الضغط.

• نقص في الحماية: الاعتماد على الحماية الاحتياطية أخر تصفية الأعطال.

4.2 الإجراءات الوقائية

• تعزيز الرقابة على صناعة المعدات، مع التركيز على عمليات العزل والتراكيب البنائية.

• تشجيع الصيانة بناءً على الحالة باستخدام مراقبة الاهتزاز لتقييم مستويات الضغط.

• مراجعة مواصفات التصميم لتفرض وصلات مرنة بين PTs والحافلات.

• إجراء تمارين مضادة للأعطال لتوحيد إجراءات الاستجابة الطارئة لأعطال PTs.

4.3 نتائج التنفيذ

تظهر البيانات بعد التجديد:

• انخفاض التفريغ الجزئي من 80 بي سي إلى 15 بي سي.

• انخفاض درجة الحرارة تحت الحمل الكامل بمقدار 12 درجة مئوية.

• تقلص وقت الاستجابة للأعطال من 600 مللي ثانية إلى 40 مللي ثانية.

5. الخاتمة

كشف هذا الحادث عن العديد من المخاطر الخفية في تصميم وتركيب وصيانة معدات GIS. من خلال تحسين الهيكل وتحديث نظام الحماية وتعزيز الإدارة، تم إنشاء نظام شامل للوقاية من المخاطر. سيتم توفير تجربة التجديد القابلة للتكرار لمراكز التحويل المماثلة من خلال المراقبة المستمرة لأداء المعدات.