محولات التأريض الذكية لدعم الشبكات الجزرية

1. خلفية المشروع

تتطور مشاريع الطاقة الكهروضوئية الموزعة وتخزين الطاقة بسرعة عبر فيتنام وجنوب شرق آسيا، لكنها تواجه تحديات كبيرة:

1.1 عدم استقرار الشبكة:

تشهد شبكة الكهرباء الفيتنامية تقلبات متكررة (وخاصة في المناطق الصناعية الشمالية). في عام 2023، أدت ندرة الطاقة من الفحم إلى انقطاعات واسعة النطاق، مما أدى إلى خسائر يومية تتجاوز 5 ملايين دولار أمريكي. أنظمة الطاقة الكهروضوئية التقليدية تفتقر إلى قدرات فعالة لإدارة التأريض المحايد، مما يجعل المعدات عرضة للتلف والحوادث أثناء أعطال الشبكة. ويُبرز هذا الحاجة الحرجة إلى محولات تأريض موثوقة.

1.2 ضغوط الامتثال للسياسات والسلامة:

تتطلب لوائح فيتنام لعام 2024 أن تخضع أنظمة تخزين الطاقة لاختبار التشغيل المعزول لمدة 72 ساعة من مجموعة كهرباء فيتنام (EVN) وأن تكون مزودة بقدرات القدرة على التحمل عند الجهد العالي/المنخفض (HVRT/LVRT). مع الانتشار الواسع للمحولات الكهربائية، تظهر مشكلات التيار الصفري والتوافقيات بشكل بارز، وغالبًا ما تؤدي إلى خلل في الحماية. تعد محولات التأريض عالية الأداء ضرورية للوفاء بهذه المتطلبات التنظيمية.

1.3 متطلبات قابلية التكيف مع البيئة:

المناخات ذات درجات الحرارة والرطوبة العالية (متوسط الرطوبة السنوي >80٪) تسرّع من تقادم المعدات، وتتطلب محولات تأريض ذات أداء قوي ضد التآكل ومقاوم للرطوبة. وتزيد بيئات رذاذ الملح الساحلية (محتوى الملح في الهواء >5 مجم/م³) من مخاطر التآكل، مما يفرض متطلبات أعلى على قابلية محولات التأريض للتكيف مع الظروف البيئية.

2. الحل: نظام محول تأريض ذكي

2.1 تصميم التقنية الأساسية

محول تأريض متصل بتقنية الزِغْزَاغ:

يتميز بتصميم خاص من ست لفات، بقدرة مقدرة تبلغ 1250 كيلوفولت أمبير، ومقاومة صفريّة منخفضة جدًا تتراوح بين 4-6 أوم (مقابل 30 أوم في المحولات التقليدية)، وقدرة على تحمل القصر الدائري تبلغ 25 كيلوأمبير/ثانية، وهو مناسب تمامًا لمحطات الطاقة الموزعة الكبيرة.

• تحسين قمع التوافقيات: هيكل اللف المدمج Δ-YY مع مرشحات LC يحقق قمعًا ≥85٪ للتوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة، ويقلل تشويه التوافقيات الكلي (THD) من 12٪ إلى <5٪، ويمنع بشكل فعال تلف المعدات الناتج عن الرنين. تمثل هذه القدرة على تقليل التوافقيات ميزة أمان أساسية لمحول التأريض.
• تعزيز قابلية التكيف مع البيئة: غلاف بتصنيف حماية IP54؛ العناصر الحرجة معالجة بطبقة سيراميك نانوية، ونجحت في اختبار رذاذ الملح IEC 60068-2-52 (3000 ساعة بدون تآكل). تضمن هذه التدابير الوقائية موثوقية طويلة الأمد لمحولات التأريض في البيئات القاسية.
• تصميم إدارة الحرارة: مزود بمبددات حرارة من سبائك الألومنيوم ونظام تبريد هواء إجباري، يتم التحكم في ارتفاع درجة الحرارة بحيث لا يزيد عن ≤55 كلفن عند درجة حرارة محيطة تبلغ 45°م. يعد نظام إدارة الحرارة الفعال هذا أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل محولات التأريض بأمان في المناخات الاستوائية.

2.2 نظام المراقبة والحماية الذكية

وحدة المستشعرات المتكاملة: مراقبة في الوقت الفعلي لدرجة حرارة اللفائف، والتفريغ الجزئي، وحالة العزل؛ يتم مزامنة البيانات إلى منصتي SCADA المحلية والسحابة (مثل Hoymiles S-miles Cloud) خلال جزء من الثانية. تعزز المراقبة المستمرة بشكل كبير من ملف السلامة لمحول التأريض.

تنسيق منطق الحماية:

• تنسيق قاطع الدائرة: يقوم تلقائيًا بتبديل وضع التأريض خلال 10 ثوانٍ عند اكتشاف انخفاض جهد الشبكة إلى 20٪ من UN (تلبية لمتطلبات قفل الجهد المنخفض في فيتنام)
• دمج نظام كشف قوس العطل (AFCI): يقاطع دوائر العطل خلال 0.5 ثانية، ويمنع حوادث الأرضية من التسبب في حرائق. يتكامل منطق الحماية السريع هذا بسلاسة مع محول التأريض.

2.3 تحسينات قابلية التكيف المحلية

الامتثال للشبكة: يدعم وضع اختبار التشغيل المعزول المطلوب من EVN، ومحاكاة الانتقال السلس إلى إمدادات طاقة التخزين بعد انقطاع الشبكة. يُعد محول التأريض مكونًا أساسيًا لاجتياز هذا الاختبار الحيوي.

توفر واجهات الأسلاك الختمية المثبتة مسبقًا متطلبات الختم الإلزامية لغرف العدادات في فيتنام.

راحة الصيانة: عمر الخدمة المصمم ≥25 سنة؛ تمديد دورات الصيانة إلى 3 سنوات، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة في المناطق الاستوائية. تساهم متانة محول التأريض بشكل كبير في خفض تكاليف دورة الحياة.

3. النتائج المتحققة

3.1 تعزيز السلامة والموثوقية

يحقق التبديل في التأريض المحايد خلال 15 مللي ثانية أثناء أعطال الشبكة (متفوقًا على معيار فيتنام البالغ 50 مللي ثانية)، ويضمن استمرارية تشغيل الأحمال الحرجة (مثل خطوط إنتاج المصانع). قللت الإدارة السريعة للعطل المقدمة من محول التأريض من معدلات فشل المعدات بنسبة 85٪، وأزالت تمامًا الحوادث المرتبطة بالتأريض بعد تنفيذها في مشروع منطقة صناعية هانوي 2024.

3.2 الفوائد الاقتصادية والامتثال

• تخفيض مخاطر الغرامات: يلبي متطلبات انبعاثات الكربون في قانون "الصناعة الخضراء"، مما يتجنب غرامات تبلغ 3% من الإيرادات السنوية.
• تقليل فترة الاسترداد: من خلال تقليل تكاليف الصيانة (انخفاض بنسبة 35%) وتقليل خسائر التوقف، زادت العائد الداخلي بمقدار 2-3 نقاط مئوية، مما قلص فترة الاسترداد من 5.8 إلى 4.2 سنوات.

3.3 تعزيز قدرة دعم الشبكة

تم اجتياز اختبار التنظيم الديناميكي: تحت تشغيل EVN المرن (عندما يكون حمل الشبكة <75%)، يدعم تنظيم الطاقة بنسبة تصل إلى 30% من السعة المثبتة، مما يسمح للمحطات بالمشاركة في سوق تنظيم التردد (FRM). النقطة المحايدة المستقرة التي توفرها محول الأرضية تشكل الأساس لهذه الوظيفة الداعمة للشبكة. في مشروع تجريبي في مدينة هو تشي منه، تم تحقيق إيرادات إضافية بنسبة 12% من الخدمات المساعدة من خلال تقديم دعم الطاقة اللافعالة.