تحليل ومعالجة الاستثناءات في قياس محول التوزيع الخارجي بجهد 35 كيلوفولت

1. المقدمة

تؤدي حالات الاحتراق المتكررة للمحول الجهد (PT) وذوبان مصافي الجانب الأول في المحولات المركبة إلى قياس غير دقيق للكهرباء وتهدد بشكل خطير بالعمل الآمن للشبكة الكهربائية. يركز هذا البحث على الأضرار المتكررة للمحول الجهد (PT) وذوبان المصافي في محول مركب بجهد 35 كيلو فولت، ويستقصي أسباب الأعطال ويقترح حلولاً، ويسترد الكمية الخاطئة من الكهرباء عبر معامل التصحيح. وهذا يقلل بشكل فعال من خسائر الشبكة ويحد من مخاطر الخدمة.

1.1 مقدمة عن المحولات المركبة

في النظام الكهربائي، تعتبر المحولات المركبة مكونات رئيسية للأجهزة القياسية والحماية. تتكون من محولات الجهد (PT) ومحولات التيار، وتستخدم الفرق في عدد دورات الملفات الأولية والثانوية لتحويل التيار العالي والجهد العالي إلى تيار وجهد صغيرين مناسبين للأجهزة الثانوية والحماية. وفي الوقت نفسه، تحقق العزل الكهربائي بين الجانبين الأول والثاني لضمان سلامة الأفراد والمعدات على الجانب الثانوي.

2. مخاطر أعطال المحولات المركبة

كجهاز قياس رئيسي في النظام الكهربائي، يقوم محول الجهد (PT) في المحولات المركبة بتحويل الإشارات ذات الجهد العالي إلى إشارات ذات جهد منخفض للأجهزة القياسية/الحماية. عندما يتعرض محول الجهد (PT) للتلف أو يذوب مصاف الجهد العالي، تكون المخاطر كالتالي:

• ضعف دقة القياس : يمكن أن يؤدي تلف محول الجهد (PT) وذوبان المصافي إلى أخطاء في نظام قياس الطاقة الكهربائية، مما يؤثر على دقة القياس ويفجر النزاعات بين شركات توزيع الكهرباء والمستخدمين.

• زيادة معدلات الأعطال في المعدات : قد يؤدي تلف محول الجهد (PT) إلى عدم توازن الجهد في النظام (مرتفع جداً/منخفض جداً)، مما يزعزع استقرار النظام. كما يمكن أن تسبب أعطال المحولات تشغيل غير طبيعي لأجهزة الحماية، مما يزيد من مخاطر الأعطال في المعدات الأخرى.

• مخاطر السلامة الشخصية : المحولات المركبة هي معدات ذات جهد عالي. يمكن أن يؤدي التلف إلى انهيار العزل والتسرّب، مما يهدد سلامة الأفراد الذين يقومون بالتشغيل والصيانة.

3. أسباب أعطال الجهد الزائد في المحولات المركبة

خلال التشغيل الفعلي، غالبًا ما تواجه المحولات المركبة ذوبان مصافي الجهد العالي وتلف محول الجهد (PT). تشمل الأسباب الرئيسية:

• الجهد الزائد الناجم عن الرنين الفيرومغناطيسي : تكون المكونات الفيرومغناطيسية خطية تحت الجهد المقنن. أثناء الأعطال، يتشبع الدائرة المغناطيسية ويتحول السعة بشكل غير خطي. يتكون دائرة تذبذب مع سعة النظام، مما يثير رنيناً فيرومغناطيسياً مستمراً. يسبب الجهد الزائد ذوبان مصافي الجهد العالي وتلف محول الجهد (PT) بشكل متكرر، مما يهدد سلامة الشبكة.

• حمل ثانوي زائد : يسبب الحمل الثانوي الزائد ارتفاع درجة حرارة المحول بشكل كبير مع صعوبة التبريد. ترتفع درجة حرارة الملفات الداخلية بشكل كبير، مما يؤدي في النهاية إلى تلف محول الجهد (PT).

• قفل بين الجانبين الأول والثاني : القفل بين الجانبين الأول والثاني لمحول الجهد (PT) يولد تياراً كبيراً، مما يؤدي إلى ذوبان مصافي الجهد العالي وتلف المعدات.

• الجهد الزائد عند التبديل : يمكن أن يسبب التشغيل غير الصحيح جهداً زائداً، مما يؤدي إلى ذوبان مصافي الجهد العالي لمحول الجهد (PT).

• الجهد الزائد الناجم عن الصواعق : يمكن أن يؤدي الجهد الزائد المباشر أو الاستقرائي للصواعق إلى انهيار عزل الملفات وتلف المعدات.

4. تحليل الحالة
4.1 المعلومات الأساسية للمستخدم

في الثالث والعشرين من أغسطس عام 2021، حدثت عطلة تلف محول الجهد (PT) للمرحلة A في محول مركب بجهد 35 كيلو فولت، مما أدى إلى قياس غير دقيق للكهرباء. في العام السابق، تعرض هذا المحول المركب لثلاثة أعطال. قبل يناير 2021، كان المستخدم يتم تغذيته من محطة Shazi Substation بجهد 35 كيلو فولت مع قياس طبيعي. بعد أغسطس 2021، تم تغيير التغذية إلى الخط الخارج من محطة Zhoujiaba Substation بجهد 110 كيلو فولت (خط Zhouwan #353 وخط Zhouri #354 بتغذية ثنائية الدائرة). طول الخط الكلي حوالي 1.5 كم. يتم تأريض الجانب بجهد 35 كيلو فولت عبر ملف تقويض القوس. يتم تحديد نقاط القياس على الخطوط الخارجة الثنائية الدائرة بجهد 35 كيلو فولت من محطة Zhoujiaba Substation بجهد 110 كيلو فولت. يتم عرض التوصيل الأساسي في الشكل 1.

4.2 نقاط القياس ومخطط الأعطال الزمني

تستخدم كل نقطة قياس محولات مركبة بجهد 35 كيلو فولت، مع توصيل ثلاثي الأطوار وثلاثي الأسلاك ووصل V/V لمحولات الجهد. ومن بينها:

• خط Zhouri #354 بجهد 35 كيلو فولت (نقطة القياس 2): يعمل بشكل طبيعي، لا يوجد أعطال؛

• خط Zhouwan #353 بجهد 35 كيلو فولت (نقطة القياس 1): أعطال متكررة.

مخطط الأعطال الزمني:

• 23 أغسطس 2021: أول تلف لمحول الجهد (PT)، تم استبداله بمنتجات من شركة Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.؛

• 4 مارس 2022: تلف محول الجهد (PT) مرة أخرى، تم استبداله بمحولات مركبة من شركة Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.؛

• 13 يونيو 2022: ذوبان مصاف الجهد العالي للمرحلة C، فقدان الجهد؛

• 21 سبتمبر 2022: ذوبان مصاف الجهد العالي للمرحلة A، فقدان الجهد مرة أخرى.

4.3 تحليل الأعطال

عند حدوث العطل، كان الحمل للمستخدم خفيفًا، وكان التوصيل الثانوي طبيعيًا، ولم يكن هناك قفل. بعد الاختبار:

• مقاومة التأريض للخط متوافقة، وهو نظام تأريض غير فعال. قد تسبب أعطال التأريض فشل تفريغ تيار الصواعق، مما يؤدي إلى ذوبان المصافي؛

• لم يكن هناك جهد زائد أثناء التشغيل والصيانة، مما يلغي العوامل البشرية.

مع ظواهر الأعطال والأسباب الشائعة، تم تحديد السبب الرئيسي بأنه الجهد الزائد الناجم عن الرنين الفيرومغناطيسي، مع سيناريوهات تفعيل محددة:

• المفعول بواسطة أعطال التأريض: عند حدوث تأريض أحادي الطور على الخط، يشكل ملف محول الجهد (PT) والسعة بين الخط والأرض دائرة متوازية، مما يلبي شروط الرنين الفيرومغناطيسي. يؤدي التأريض الأحادي الطور إلى زيادة جهد الطورين الآخرين، ويتشبع الحديد بسرعة، ويتسبب الرنين في زيادة تيار الملفات، مما يؤدي إلى ذوبان مصافي الجهد العالي. يمكن أن يؤدي التيار الزائد طويل الأمد أيضًا إلى تلف محول الجهد (PT).

• المفعول بواسطة التشغيل غير الصحيح: يكون الحمل الثلاثي الطور لنظام التحميل متعادلاً بشكل أساسي، ولكن خلال عمليات التبديل، لا يتم تشغيل الأطوار الثلاثة بشكل متزامن (إغلاق/فتح غير متزامن)، مما يؤدي إلى تيار هائل في ملفات محول الجهد (PT) والحديد، مما يؤدي إلى تشبع الحديد وتوليد الرنين الفيرومغناطيسي.

4.4 الحلول

بعد تحليل أسباب الأعطال، تم اتخاذ الإجراءات التالية:

• تركيب أجهزة إزالة التوافقيات: تركيب مجموعة واحدة من أجهزة إزالة التوافقيات على جانب حافلة الجهد 35 كيلو فولت في المحطة لتقليل تكرار الرنين الفيرومغناطيسي.

• حماية الجهد الزائد على الجانب الثانوي: تركيب أجهزة حماية الجهد الزائد على الجانب الثانوي لمقاومة الجهد الزائد الناجم عن العوامل البيئية وحماية العزل الداخلي للمحول.

• كشف وإزالة التوافقيات: استخدام جهاز معايرة الطاقة الكهربائية على الموقع لكشف التوافقيات في الجهد الثانوي. إذا كانت هناك شذوذ، يجب على المستخدمين معالجتها لضمان التوافق مع GB/T 14549-1993 "جودة الطاقة - التوافقيات في الشبكات العامة": نسبة التشوه التوافقي الكلية للجهد 35 كيلو فولت ≤ 3%، التوافقيات الفردية ≤ 2.4%، التوافقيات الزوجية ≤ 1.2%.

تأثير التنفيذ: بعد تنفيذ هذه الإجراءات، تعمل المحولات المركبة بشكل طبيعي دون أي حوادث تلف محول الجهد (PT) أو ذوبان مصافي الجهد العالي.

4.5 حساب إعادة التسوية للكمية الكهربائية

تتعلق دقة قياس الطاقة الكهربائية بمصالح الاقتصاد لكل من مزودي الكهرباء والمستهلكين. تتطلب الأعطال إعادة تسوية الكمية الكهربائية. يستخدم هذا البحث العطلة الثالثة كمثال ويستخدم طريقة معامل التصحيح لحساب:

المبدأ: مقارنة الطاقة النشطة أثناء القياس الصحيح وغير الصحيح للحصول على معامل التصحيح k، ثم حساب الكمية الكهربائية المراد إعادة تسويتها ΔW. بافتراض توازن الحمل الثلاثي الطور، فإن صيغة معامل التصحيح k هي:

(1) تفسير معامل التصحيح k

عندما k > 1، تكون الطاقة النشطة أثناء القياس الصحيح أكبر من الطاقة النشطة أثناء القياس الخاطئ. يسجل العداد الكهربائي كمية أقل من الكهرباء أثناء العطل، ويجب على العميل تعويض الكمية الكهربائية. عندما k = 1، يقيس العداد الكهربائي بشكل صحيح. عندما 0 < k < 1، يسجل العداد الكهربائي كمية أكبر من الكهرباء، ويجب على العميل استرداد الكمية الكهربائية. عندما k < 0، يعمل العداد الكهربائي بالعكس، ويجب على العميل تعويض الكمية الكهربائية.

(2) معلمات القياس المتعلقة بالعميل

قدرة الاستقبال للعميل هي 2500 كيلو فولت أمبير، وطريقة القياس هي التغذية عالية الجهد والقياس عالي الجهد (يتم القياس بواسطة صندوق قياس عالي الجهد مركب). نسبة الجهد هي 35000 فولت/100 فولت، والنسبة الحالية هي 50 أمبير/5 أمبير. مضاعف القياس الكلي هو 3500. قدرة العداد الكهربائي هي 3×100 فولت/3×1.5-6 أمبير، بدقة 0.5S.

حدثت العطلة الثالثة للعميل في 13 يونيو 2022، حيث فقد الجهد في المرحلة C. تم استعادة التيار حول الساعة 8:00 في 4 أغسطس 2022. تم تطبيق نظام تسعير الكهرباء حسب الوقت منذ 1 يوليو 2022. البيانات المسجلة مثل جهد النظام والطاقة وعامل القوة موضحة في الجدول 1.

حساب الكمية الكهربائية المراد إعادة تسويتها للمرحلة الأولى

كما هو واضح من الجدول 1، خلال الفترة من 13 يونيو 2022 إلى 30 يونيو 2022، كان جهد المرحلة A طبيعيًا، ومتوسط عامل القوة هو 0.82، وزاوية العنصر هي 34°(L). ثم تكون زاوية عامل القوة φ=4°(L). بافتراض أن الحمل متوازن، يكون معامل التصحيح:

يتم حساب الكمية الكهربائية المراد إعادة تسويتها كالتالي:

من المعادلة (2) والمعادلة (3)، يمكن ملاحظة أن k > 1، مما يعني أن الكهرباء تم قياسها بشكل أقل، ويجب استرداد كمية إضافية من الكهرباء تبلغ 15,134 كيلو واط ساعة.(2) حساب الكمية الكهربائية المراد إعادة تسويتها للمرحلة الثانية. خلال الفترة من 1 يوليو 2022 إلى 4 أغسطس 2022، كان جهد المرحلة A طبيعيًا، ومتوسط عامل القوة هو 0.87، وزاوية العنصر هي 29°(L). ثم تكون زاوية عامل القوة φ=0°. بافتراض أن الحمل متوازن، يكون معامل التصحيح:

يتم حساب الكمية الكهربائية المراد إعادة تسويتها كالتالي:

من المعادلة (4) والمعادلة (5)، يمكن ملاحظة أن k > 1، مما يعني أن الكهرباء تم قياسها بشكل أقل، ويجب استرداد كمية إضافية من الكهرباء تبلغ 51,996 كيلو واط ساعة. الكمية الكهربائية الإجمالية المراد إعادة تسويتها:

5. الخاتمة

في التشغيل الفعلي، غالبًا ما تتعرض المحولات المركبة للتلف وذوبان مصافي الجهد العالي، مما يشكل خطراً كبيراً على سلامة الشبكة. عادةً ما تنتج هذه المشاكل عن الجهد الزائد الناجم عن الرنين، بالإضافة إلى تصميم واختيار المعدات بشكل غير صحيح وعدم توافق المعلمات.

عند تحليل الأعطال: أولاً، تحقق من عيوب المحول وتحقق من قدرة مصافي الجهد العالي. ثانيًا، قم بتثبيت أجهزة إزالة التوافقيات الأولية المناسبة للتغلب على الجهد الزائد الناجم عن الرنين. بعد الحادث، يجب الرد بسرعة ومعالجة الأمر بشكل صحيح لمنع التصعيد والتأثيرات الاجتماعية. أخيرًا، تعلم من الخبرات، وتحسين مهارات التعامل مع الأعطال، وضمان سلامة الشبكة.