تحسين منطق الحماية وتطبيق الهندسة لمحولات التأريض في أنظمة توزيع الطاقة للنقل بالسكك الحديدية

1. تكوين النظام وشروط التشغيل
تستخدم المحولات الرئيسية في محطة التحويل الرئيسية لمعرض المؤتمرات والمعارض ومدينة الرياضة في نظام تشيجانغ توصيلات ملفات نجمية/مثلثية بنقطة محايدة غير مترابطة. على جانب حافلة الجهد 35 كيلوفولت، يتم استخدام محول تأريض Zigzag متصل بالأرض عبر مقاومة منخفضة القيمة، ويقوم أيضًا بتزويد الأحمال الخدمية للمحطة. عند حدوث عطل قصر أحادي الطور على الخط، يتشكل مسار عبر محول التأريض والمقاومة الأرضية وشبكة التأريض، مما يولد تيار تسلسلي صفر.

هذا يمكّن الحماية التسلسلية الصفرية عالية الحساسية والمحددة داخل القسم المعطوب من العمل بشكل موثوق وفصل المفاتيح الدائرة الكهربائية المناسبة فورًا، مما يؤدي إلى عزل العطل وتقييد تأثيره. إذا تم قطع محول التأريض، يصبح النظام نظامًا غير مترابط. في هذه الحالة، سيكون العطل الأرضي الأحادي الطور يشكل تهديدًا خطيرًا لعزل النظام وأمان المعدات. لذلك، عند تشغيل حماية محول التأريض، يجب ليس فقط فصل محول التأريض نفسه، ولكن أيضًا ربط الفصل مع المحول الرئيسي المرتبط به.

2. قيود أنظمة الحماية الحالية
في أنظمة التغذية الكهربائية لمحطة التحويل الرئيسية لمعرض المؤتمرات والمعارض ومدينة الرياضة في نظام تشيجانغ، تتضمن الحماية الحالية لمحول خدمة التأريض فقط حماية جريان الزائد. عندما يسبب العطل فصل محول التأريض عن الخدمة، فإنه يفصل فقط معدات التوزيع الخاصة به دون ربط الفصل مع مفتاح التغذية الكهربائية الوارد المناسب.

هذا يؤدي إلى تشغيل الجزء المتضرر من الحافلة لفترة طويلة بدون نقطة تأريض. في حالة حدوث عطل أرضي أحادي الطور تحت هذه الظروف، قد يحدث زيادة في الجهد أو عدم اكتشاف نظام الحماية للتيار التسلسلي الصفر، مما يؤدي إلى تعطل الحماية التسلسلية الصفرية أو عدم عملها - مما قد يفاقم الحادث ويؤثر سلبًا على سلامة النظام الكهربائي بأكمله.

بالإضافة إلى ذلك، أثناء عمليات نقل التغذية التلقائية (تبديل الحافلة التلقائي)، لا يتم ربط فصل محول خدمة التأريض على الجانب الذي تم قطع التغذية عنه. هذا قد يؤدي إلى ترابط كلا الجانبين من الحافلة عبر مفتاح التبديل بين الحافلات، مما يؤدي إلى حالة تأريض في نقطتين داخل النظام. يمكن أن يؤدي هذا السيناريو ذو النقطتين الأرضيتين إلى مشكلتين خطيرتين: (1) تصنيف خاطئ للتيار التسلسلي الصفر أثناء العطل الأرضي، مما يؤدي إلى رفض الحماية للعمل أو تشغيل خاطئ؛ و(2) تيار دوامى ينتج عن التيار التسلسلي الصفر، مما يؤدي إلى تسخين المعدات وتلف العزل.

تواجه منطق الحماية الحالي قيودًا كبيرة. تقوم الأجهزة الحامية التقليدية فقط بمراقبة حالة التشغيل لمحول التأريض ولا تنشئ منطق الترابط مع مفاتيح التغذية الكهربائية الواردة أو مفتاح التبديل بين الحافلات - مما يفتقر إلى الآليات اللازمة لمنع/ربط الفصل.

3. توصيات لتحسين قيود الحماية الحالية

3.1 المقترحات لتحسين الإجراءات

إضافة منطق "الترابط لفصل محول خدمة التأريض" الناعم

• حالة التشغيل:يفتح مفتاح التوزيع لمحول خدمة التأريض. إذا كان النظام يستخدم تأريض مقاومة منخفضة، يمكن إضافة اختفاء تيار المقاومة الأرضية كمعيار إضافي.

• تصميم منطق الترابط للفصل:فصل مفتاح التغذية الكهربائية الوارد: إذا تم إزالة محول خدمة التأريض ولا يوجد أي نقطة تأريض أخرى على الجانب من الحافلة، يتم ربط الفصل مع مفتاح التغذية الكهربائية الوارد لنقل الحمل إلى حافلة أخرى.فصل مفتاح التبديل بين الحافلات: إذا كانت كلا الحافلتين تعملان بالتوازي عبر مفتاح التبديل بين الحافلات، يتم ربط الفصل مع مفتاح التبديل بين الحافلات لعزل الجانب غير المترابط من الحافلة.

• التوصية بتنفيذ تقني:إضافة حماية التيار التسلسلي الصفر. عند تشغيل جريان الزائد أو التيار التسلسلي الصفر، يجب على جهاز الحماية فصل المفتاح المحلي وإرسال أوامر ربط الفصل إلى مفتاح التغذية الكهربائية الوارد المناسب ومفتاح التبديل بين الحافلات. يجب على الشركات المصنعة لأجهزة الحماية تعديل مخطط المنطق الترابطي وتنفيذ تحديثات البرامج بناءً على هذا المنطق.

3.2 ترقية الحماية بناءً على الجهد التسلسلي الصفر

• وظيفة منع/فصل الجهد التسلسلي الصفر الزائد:إضافة حماية الجهد التسلسلي الصفر الزائد إلى نظام حماية الحافلة كاحتياطي عندما يكون محول خدمة التأريض خارج الخدمة. إذا تجاوز الجهد التسلسلي الصفر الحد المحدد لمدة أطول من التأخير المحدد مسبقًا، يتم فصل مفتاح التغذية الكهربائية الوارد أو مفتاح التبديل بين الحافلات تلقائيًا.

• التنسيق مع حالة تشغيل محول التأريض:ربط وظيفة حماية الجهد التسلسلي الصفر بالإشارة إلى حالة تشغيل محول خدمة التأريض:عندما يعمل محول التأريض بشكل طبيعي، تعمل حماية الجهد التسلسلي الصفر في وضع الإنذار.عندما يكون محول التأريض خارج الخدمة، تتحول حماية الجهد التسلسلي الصفر إلى وضع الفصل.

• ملاحظات التنفيذ - إجراءات منع التشغيل الخاطئ:إضافة تأخير لتجنب التشغيل الخاطئ بسبب الاضطرابات العابرة.استخدام معايير المنطق "و" (مثل الجهد التسلسلي الصفر + حالة تعطل محول التأريض) لتعزيز الموثوقية.

3.3 تعديل الدائرة التحكم (تحسين الأجهزة)

• إضافة دوائر ترابط مادية بين جهاز حماية محول خدمة التأريض وجهاز حماية مفتاح التغذية الكهربائية الوارد. عندما يتم فصل محول التأريض، ينتقل إشارة الفصل من منفذ الخرج لجهاز الحماية الخاص بمحول التأريض → يُشغل منفذ الخرج لجهاز حماية مفتاح التغذية الكهربائية الوارد → يفصل مفتاح التغذية الكهربائية الوارد.

• خلال عملية نقل الحافلة التلقائي، عندما يرسل جهاز حماية الحافلة إشارة لفصل القاطع الوارد للتيار، فإنه يرسل في نفس الوقت إشارة عبر طرف خروج التحويل الخاص به → إلى طرف خروج جهاز حماية مفتاح محطة الخدمة الأرضي → لفصل قاطع المحول الأرضي.

3.4 تنفيذ التحديث على الموقع
كما هو موضح في الجدول 1، تتطلب كل من الخيار 1 والخيار 2 تعديلًا وترقية أجهزة الحماية. ومع ذلك، فإن محطة التوزيع الرئيسية لمراكز المؤتمرات والمعارض ومحطة التوزيع الرئيسية للمستاد البلدي هما محطات توزيع قديمة ومعداتها قد تجاوزت فترة الضمان بكثير. سيكون تنفيذ الخيار 1 أو الخيار 2 يتطلب من الشركة المصنعة للأجهزة الأصلية القيام بتحديثات البرامج، مما ينطوي على استثمار كبير من حيث العمالة والأموال. لذلك، اختار الموظفون الفنيون الخيار 3 - تنفيذ التعديلات على الموقع بإضافة دوائر التحويل ذات السلك الثابت.

عندما يتم قطع التيار عن محول التأريض بسبب عطل، يجب قطع التيار عن مفتاح الدائرة القادمة للطاقة. بعد الفحص، تم العثور على أن المخارج الاحتياطية 1 و2 و3 لم تكن مستخدمة. بعد انتهاء عمليات القطار، طلب فنيو الصيانة من مسؤول المعدات تصريح العمل ("طلب تصريح العمل"). نفذ المسؤول تحويل الأحمال وفقًا لمتطلبات التشغيل وأعطى الموافقة على تصريح العمل عندما كانت الظروف مناسبة للبناء.

بالنسبة لدائرة القطع المتزامنة: تم توصيل المخرج الاحتياطي 2 (المستويات 517/518) على اللوحة الإشارية رقم 5 في جهاز الحماية WCB-822C - نقاط الاتصال المفتوحة بشكل طبيعي - بالسلسلة في دائرة القطع المتزامنة الجديدة التي تم إضافتها. ثم تم توجيه هذه الدائرة إلى المستويات المفتوحة بشكل طبيعي للمخرج 5 (المستويات 13/14) على اللوحة الإخراجية رقم 4 في جهاز الحماية WBH-818A لللوحة التوزيع القادمة للطاقة. بعد إشارة الخرج من الكتلة النهائية، تم قطع التيار عن مفتاح الدائرة القادمة للطاقة. تم تركيب التوصيل الثابت بين لوحة التحكم في محول التأريض ولوحة التوزيع القادمة للطاقة، وتم دمجه في دائرة القطع المتزامنة الثابتة عبر رابط لوحة الضغط المادي. يمكن تفعيل أو تعطيل وظيفة القطع المتزامن من خلال توصيل أو فصل لوحة الضغط الثابتة.

نقاط التعديل للقسم الآخر من الخط هي متطابقة مع ما سبق. أثناء إعادة تجهيز كلا القسمين، تم استخدام المغذيات القادمة المجزأة لضمان استمرار تزويد الطاقة بانتظام للمناطق الخدمية المقابلة، مما يقلل من التأثير على صيانة المعدات بعد التشغيل.

بعد الانتهاء من التعديلات، تم إجراء اختبار أجهزة القياس للتحقق من وظيفة القطع المتزامن. بمجرد التحقق من أنها تعمل بشكل طبيعي، تم وضع النظام مباشرة في الخدمة.

بالنسبة لقطع التيار المتزامن لمحول خدمة الأرض على الخط غير المغذي أثناء تشغيل التحويل التلقائي للخط (BATS): بعد الفحص، تم العثور على أن المخارج الاحتياطية 3 حتى 7 لم تكن مستخدمة. بعد انتهاء عمليات القطار، طلب فنيو الصيانة من مسؤول المعدات تصريح العمل. نفذ المسؤول تحويل الأحمال وفقًا لمتطلبات التشغيل وأعطى الموافقة على تصريح العمل عندما كانت الظروف مناسبة للبناء.

بالنسبة لإعادة التجهيز على الأرض لمحول خدمة الأرض في القسم الأول: تم إضافة دائرة ثابتة جديدة. تم توصيل المخرج الاحتياطي 3 (المستويات 519/520) على اللوحة الإشارية رقم 5 في جهاز الحماية WBT-821C - نقاط الاتصال المفتوحة بشكل طبيعي - بالسلسلة في الدائرة الثابتة الجديدة، والتي تم توجيهها بعد ذلك إلى المستويات المفتوحة بشكل طبيعي للمخرج الاحتياطي 1 (المستويات 514/515) على اللوحة الإخراجية رقم 5 في جهاز الحماية WCB-822C في لوحة التحكم في محول خدمة الأرض في القسم الأول. بعد إشارة الخرج من الكتلة النهائية، تم قطع التيار عن مفتاح محول التأريض. تم تركيب الدائرة الثابتة الجديدة على أبواب الخزان الثانوية لكل من لوحة التحكم في محول التأريض ولوحة التحكم في التحويل التلقائي للخط، وتم دمجه في دائرة القطع المتزامنة الثابتة عبر رابط لوحة الضغط المادي. يمكن تفعيل أو تعطيل وظيفة القطع المتزامن من خلال توصيل أو فصل لوحة الضغط الثابتة.

بالنسبة لإعادة التجهيز على الأرض لمحول خدمة الأرض في القسم الثاني: تم إضافة دائرة ثابتة جديدة. تم توصيل المخرج الاحتياطي 4 (المستويات 311/312) على اللوحة الإضافية رقم 3 في جهاز الحماية WBT-821C - نقاط الاتصال المفتوحة بشكل طبيعي - بالسلسلة في الدائرة الثابتة الجديدة، والتي تم توجيهها بعد ذلك إلى المستويات المفتوحة بشكل طبيعي للمخرج الاحتياطي 1 (المستويات 514/515) على اللوحة الإخراجية رقم 5 في جهاز الحماية WCB-822C في لوحة التحكم في محول خدمة الأرض في القسم الثاني. بعد إشارة الخرج من الكتلة النهائية، تم قطع التيار عن مفتاح محول التأريض. تم تركيب الدائرة الثابتة الجديدة على أبواب الخزان الثانوية لكل من لوحة التحكم في محول التأريض ولوحة التحكم في التحويل التلقائي للخط، وتم دمجه في دائرة القطع المتزامنة الثابتة عبر رابط لوحة الضغط المادي. يمكن تفعيل أو تعطيل وظيفة القطع المتزامن من خلال توصيل أو فصل لوحة الضغط الثابتة.

تم إكمال تعديل إشارة القطع المتزامن لمحول خدمة الأرض على الخط غير المغذي أثناء بدء تشغيل التحويل التلقائي للخط أثناء عملية إعادة تجهيز الخط الواحد المذكورة أعلاه للقسم المقابل من الخط.

4. الخلاصة

باعتباره نقطة محايدة مقدمة اصطناعياً في أنظمة الطاقة ذات التكوينات المحايدة غير الموصلة، يلعب محول التأريض دوراً حاسماً في ضمان سلامة النظام واستقراره. تساهم التحسينات المذكورة أعلاه بشكل كبير في تعزيز سلامة النظام عند إخراج محول التأريض من الخدمة، مما يتجنب بشكل فعال مخاطر زيادة الجهد وتلف المعدات الناجم عن التشغيل بدون نقطة تأريض. قبل التنفيذ الفعلي، يجب إجراء التحقق الدقيق بناءً على نماذج المعدات والمعالم النظامية المحددة.