تحليل ومعالجة استثناءات القياس في محول التوزيع الخارجي بجهد 35 كيلوفولت

1. مقدمه

وقوع متكرر للاحتراق في المحولات الأولية والصهر في المقاومات الأولية في المحولات المركبة يؤدي إلى قياس غير دقيق للطاقة الكهربائية ويهدد بشكل خطير التشغيل الآمن للشبكة الكهربائية. يركز هذا البحث على مشاكل الضرر المتكرر للمحولات الأولية والصهر في المقاومات الأولية في محول مركب بجهد 35 كيلوفولت، ويتناول أسباب الأعطال ويقترح حلولاً ويستعيد الكمية الخاطئة من الكهرباء من خلال معامل التصحيح. مما يقلل فعالاً من خسائر الشبكة ويحد من المخاطر الخدمية.

1.1 مقدمة عن المحولات المركبة

في النظام الكهربائي، تعتبر المحولات المركبة مكونات رئيسية لأجهزة القياس والحماية. تتكون من محولات الجهد (PT) ومحولات التيار، وتستخدم الفرق في عدد اللفائف بين الجانبين الأولي والثاني لتغيير التيار العالي والجهد العالي إلى تيار وأجهزة جهد مناسبة للأجهزة الثانوية والحماية بالترابط. وفي الوقت نفسه، تحقق العزل الكهربائي بين الجانبين الأولي والثاني لضمان سلامة الموظفين والمعدات على الجانب الثانوي.

2. مخاطر أعطال المحولات المركبة

كجهاز رئيسي لقياس الطاقة في النظام الكهربائي، تكون PT للمحولات المركبة مسؤولة عن تحويل الإشارات ذات الجهد العالي إلى إشارات ذات جهد منخفض لأجهزة القياس/الحماية. عند حدوث ضرر في PT أو صهر المقاومة ذات الجهد العالي، تكون المخاطر كالتالي:

• ضعف دقة القياس : يمكن أن يؤدي الضرر في PT وصهر المقاومة إلى أخطاء في نظام قياس الطاقة الكهربائية، مما يؤثر على دقة القياس ويؤدي إلى نزاعات بين شركات توزيع الكهرباء والمستخدمين.

• زيادة معدل الأعطال في المعدات : قد يؤدي ضرر PT إلى عدم توازن في الجهد النظامي (مرتفع جداً/منخفض جداً)، مما يزعزع استقرار النظام؛ وقد 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 عالٍ. قد يؤدي الضرر إلى انهيار العزل والتسرّب، مما يهدد سلامة الموظفين الذين يقومون بالتشغيل والصيانة.

3. أسباب أعطال الجهد الزائد في المحولات المركبة

خلال التشغيل الفعلي، غالباً ما تواجه المحولات المركبة صهر المقاومة ذات الجهد العالي وإحتراق PT. الأسباب الرئيسية تشمل:

• الجهد الزائد الناتج عن الرنين المغناطيسي : تكون المكونات المغناطيسية خطية تحت الجهد المقنن. أثناء الأعطال، يتشبع الدائرة المغناطيسية، وتتغير القابلية المغناطيسية بشكل غير خطي. يشكل دائرة تذبذب مع السعة النظامية، مما يثير رنين مغناطيسي مستمر. يؤدي الجهد الزائد إلى صهر/احتراق متكرر للمقاومة ذات الجهد العالي في PT، مما يهدد سلامة الشبكة.

• حمل ثانوي زائد : يؤدي الحمل الثانوي الزائد إلى إنتاج حرارة كبيرة في المحول بصعوبة تبديد الحرارة. يرتفع درجة حرارة اللفائف الداخلية بشكل كبير، مما يؤدي في النهاية إلى احتراق PT.

• قصور بين الجانبين الأولي والثانوي : يؤدي القصور في الجانب الأولي/الثاني من PT إلى توليد تيار كبير، مما يؤدي إلى صهر المقاومة ذات الجهد العالي وإحتراق المعدات.

• الجهد الزائد عند التبديل : يؤدي التشغيل غير الصحيح إلى جهد زائد، مما يؤدي إلى صهر المقاومة ذات الجهد العالي في PT.

• الجهد الزائد الناجم عن الصواعق : يؤدي الجهد الزائد المباشر/الإندوكي إلى انهيار العزل في اللفائف، مما يؤدي إلى تلف المعدات.

4. تحليل حالة
4.1 المعلومات الأساسية للمستخدم

في 23 أغسطس 2021، حدث عطل في احتراق PT في المرحلة A للمحول المركب لمستخدم بجهد 35 كيلوفولت، مما أدى إلى قياس غير دقيق للكمية الكهربائية. في العام السابق، تعرض هذا المحول المركب لـ 3 أعطال. قبل يناير 2021، كان المستخدم يتم تغذيته من محطة Shazi بجهد 35 كيلوفولت مع قياس طبيعي. بعد أغسطس 2021، تم تغيير التغذية إلى الخط الخارجي بجهد 35 كيلوفولت لمحطة Zhoujiaba بجهد 110 كيلوفولت (خط Zhouwan #353 وخط Zhouri #354 بتغذية مزدوجة). طول الخط الكلي حوالي 1.5 كم. يتم تأريض الجانب بجهد 35 كيلوفولت عبر ملف تعادل. يتم وضع نقاط القياس على الخطين الخارجيين بجهد 35 كيلوفولت لمحطة Zhoujiaba بجهد 110 كيلوفولت. يتم عرض التوصيل الأساسي في الشكل 1.

4.2 نقاط القياس ومخطط الأعطال الزمني

تستخدم كل نقطة قياس محولات مركبة بجهد 35 كيلوفولت، بتوصيل ثلاثي الأطوار وثلاثي السلك للتوصيل V/V لمحولات الجهد. ومن بينها:

• خط Zhouri بجهد 35 كيلوفولت #354 (نقطة القياس 2): يعمل بشكل طبيعي، بدون أعطال؛

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

مخطط الأعطال الزمني:

• 23 أغسطس 2021: أول احتراق في PT، تم استبداله بمنتجات من شركة Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.؛

• 4 مارس 2022: احتراق PT مرة أخرى، تم استبداله بمحولات مركبة من شركة Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.؛

• 13 يونيو 2022: صهر المقاومة ذات الجهد العالي في المرحلة C، فقدان الجهد؛

• 21 سبتمبر 2022: صهر المقاومة ذات الجهد العالي في المرحلة A، فقدان الجهد مرة أخرى.

4.3 تحليل الأعطال

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

• مقاومة التأريض للخط متوافقة، وهو نظام تأريض غير فعال. قد يؤدي قصر التأريض بسهولة إلى عدم تصريف التيار الصاعق، مما يؤدي إلى صهر المقاومة؛

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

مع تحليل ظاهرة العطل والأسباب الشائعة، تم تحديد السبب الرئيسي بأنه الجهد الزائد الناتج عن الرنين المغناطيسي، مع السيناريوهات المحددة التالية:

• المُحرِّك بواسطة أعطال التأريض: عندما يحدث تأريض أحادي الأطوار في الخط، تشكل اللفائف في PT والسعة الأرضية للخط دائرة موازية، مما يلبي شروط الرنين المغناطيسي. يؤدي التأريض الأحادي الأطوار إلى زيادة الجهد في المرحلتين الأخريتين، ويتشبع الحديد بسرعة، ويسبب الرنين زيادة حادة في تيار اللفائف، مما يؤدي إلى صهر المقاومة ذات الجهد العالي؛ سيؤدي التيار الزائد طويل الأمد أيضًا إلى احتراق PT.

• المُحرِّك بواسطة التشغيل غير الصحيح: يكون الحمل الثلاثي الأطوار للنظام متعادلًا بشكل أساسي، ولكن أثناء عمليات التبديل، لا تكون الأطوار الثلاثة متناسقة (لا يتم فتح/غلق في نفس الوقت)، مما يسبب تيار هائل في اللفائف والحديد في محول الجهد وتشبع الحديد، مما يسبب الجهد الزائد الناتج عن الرنين المغناطيسي.

4.4 الحلول

بعد تحليل أسباب الأعطال، تم اتخاذ الإجراءات التالية:

• تركيب أجهزة إزالة التوافقيات: تركيب مجموعة واحدة من أجهزة إزالة التوافقيات على جانب الحافلة بجهد 35 كيلوفولت للمحطة لمنع تكرار الرنين المغناطيسي.

• حماية الجهد الزائد على الجانب الثانوي: تركيب أجهزة حماية الجهد الزائد على الجانب الثانوي لمقاومة الجهد الزائد الناتج 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 الكهربائية العامة": نسبة التشوه التوافقي الكلي لجهد 35 كيلوفولت ≤ 3%، التوافقيات الفردية ≤ 2.4%، التوافقيات الزوجية ≤ 1.2%.

نتيجة التنفيذ: بعد تنفيذ الإجراءات، يعمل المحول المركب بشكل طبيعي، بدون أي أعطال في احتراق PT أو صهر المقاومة.

4.5 حساب المصالحة لكمية الكهرباء

تتعلق دقة قياس الطاقة الكهربائية بالمصالح الاقتصادية لكلا طرفي توزيع واستهلاك الطاقة. تتطلب الأعطال مصالحة لكمية الكهرباء. يستخدم هذا البحث العطل الثالث كمثال ويستخدم طريقة معامل التصحيح لحساب:

المبدأ: مقارنة الطاقة النشطة أثناء القياس الصحيح وغير الصحيح للحصول على معامل التصحيح k، ثم حساب كمية المصالحة ΔW. بافتراض توازن الحمل الثلاثي الأطوار، فإن المعادلة لمعامل التصحيح k هي:

(1) تفسير معامل التصحيح k

عندما k > 1، تكون الطاقة النشطة أثناء القياس الصحيح أكبر من تلك أثناء القياس غير الصحيح. يتم تسجيل الطاقة بمقدار أقل أثناء العطل، ويجب على العميل تسوية الكمية. عندما k = 1، يتم قياس الطاقة بشكل صحيح. عندما 0 < k < 1، يتم تسجيل الطاقة بمقدار أكبر، ويجب إعادة الكمية إلى العميل. عندما k < 0، يتم عكس قياس الطاقة، ويجب على العميل تسوية الكمية.

(2) معلمات القياس المتعلقة بالعميل

قدرة الاستقبال للعميل هي 2500 كيلوفولت أمبير، وطريقة القياس هي التغذية والقياس العالي (قياس بواسطة صندوق قياس عالي الجهد). نسبة الجهد هي 35000 فولت/100 فولت، والنسبة الحالية هي 50 أمبير/5 أمبير. مضاعف القياس الشامل هو 3500. قدرة عداد الطاقة هي 3&times;100 فولت/3&times;1.5 - 6 أمبير، بدقة 0.5S.

حدث العطل الثالث للعميل في 13 يونيو 2022، مع فقدان الجهد في المرحلة C. تم استعادة الطاقة حوالي الساعة 8:00 في 4 أغسطس 2022. تم تطبيق أسعار الكهرباء حسب الوقت منذ 1 يوليو 2022. البيانات المجمعة مثل الجهد النظامي والقوة والعامل القوة موضحة في الجدول 1.

حساب كمية المصالحة للمرحلة الأولى

كما يمكن رؤيته من الجدول 1، خلال الفترة من 13 يونيو 2022 إلى 30 يونيو 2022، كان الجهد في المرحلة A طبيعيًا، وكان متوسط عامل القوة 0.82، وزاوية العنصر 34°(L). ثم تكون زاوية عامل القوة φ=4°(L). بافتراض أن الحمل متوازن، يكون معامل التصحيح:

حساب كمية المصالحة كما يلي:

من المعادلة (2) والمعادلة (3)، يمكن رؤية أن k > 1، مما يعني أن الكمية الكهربائية تم قياسها بأقل من الواقع، ويجب استرداد كمية إضافية تبلغ 15,134 كيلووات ساعة.(2) حساب كمية المصالحة للمرحلة الثانية. خلال الفترة من 1 يوليو 2022 إلى 4 أغسطس 2022، كان الجهد في المرحلة A طبيعيًا، وكان متوسط عامل القوة 0.87، وزاوية العنصر 29°(L). ثم تكون زاوية عامل القوة φ=0°. بافتراض أن الحمل متوازن، يكون معامل التصحيح:

حساب كمية المصالحة كما يلي:

من المعادلة (4) والمعادلة (5)، يمكن رؤية أن k > 1، مما يعني أن الكمية الكهربائية تم قياسها بأقل من الواقع، ويجب استرداد كمية إضافية تبلغ 51,996 كيلووات ساعة. الكمية الكلية التي يجب استردادها:

5. الخاتمة

في التشغيل الفعلي، غالبًا ما تتأثر المحولات المركبة بالإحتراق وصهر المقاومات ذات الجهد العالي، مما يهدد بشكل خطير سلامة الشبكة. عادةً ما تكون هذه المشاكل نتيجة للجهد الزائد الناتج عن الرنين، بالإضافة إلى التصميم/الاختيار غير المناسب للمعدات وعدم توافق المعلمات.

عند تحليل الأعطال: أولاً، تحقق من عيوب المحولات وتحقق من قدرة المقاومة ذات الجهد العالي. ثانيًا، قم بتثبيت أجهزة إزالة التوافقيات الأولية المناسبة للتعامل مع الجهد الزائد الناتج عن الرنين. بعد الحادث، يجب الرد بسرعة ومعالجة الأمر بشكل صحيح لمنع التصعيد والتأثير الاجتماعي. أخيرًا، تعلم من الخبرات، وحسن مهارات التعامل مع الأعطال، وضمان سلامة الشبكة.