حوادث المحولات الرئيسية ومشكلات تشغيل الغاز الخفيف

١. سجل الحادث (١٩ مارس ٢٠١٩)

في الساعة ١٦:١٣ من يوم ١٩ مارس ٢٠١٩، أبلغت خلفية المراقبة عن تفعيل غاز خفيف في المحول الرئيسي رقم ٣. ووفقاً لـ«كود تشغيل المحولات الكهربائية» (DL/T572-2010)، قام موظفو التشغيل والصيانة (O&M) بفحص الحالة الميدانية للمحول الرئيسي رقم ٣.

التأكيد الميداني: أبلغ لوحة حماية المحول غير الكهربائية WBH الخاصة بالمحول الرئيسي رقم ٣ عن تفعيل الغاز الخفيف في الطور باء للجسم الرئيسي للمحول، وبقيت عملية إعادة التعيين غير فعّالة. وقام موظفو التشغيل والصيانة (O&M) بفحص جهاز تجميع الغاز والصندوق العيني للغاز الخاص بالطور باء للمحول الرئيسي رقم ٣، وأجروا اختبارات على تيار التأريض الناتج عن القلب والمشابك الخاصة بجسم المحول.

في الساعة ١٦:٣٦، أبلغت خلفية مراقبة المحطة الفرعية عن انقطاع ناجم عن تفعيل الغاز الثقيل في المحول الرئيسي رقم ٣، مع اشتعال النار في جسم الطور باء. وتم تفعيل نظام إطفاء الحرائق الثابت بالرش بالرغوة الخاص بالمحول بشكل صحيح (وتتوافر صور الإشارات).

الإجراءات المتخذة لهذه الحادثة:

• وضع خطة تحويل إنذار الغاز الخفيف إلى الانقطاع: تنظيم إعداد الخطط التقنية للتحويل، وترتيب خطط انقطاع التيار الكهربائي اللاحقة، وتوضيح إجراءات التشغيل والصيانة (O&M) قبل التحويل.

• الفحص الخاص والتحويل للمحولات المشغَّلة: إجراء فحوصات مستهدفة للمحولات العاملة استناداً إلى سبب العطل، ووضع إجراءات التحويل.

٢. إجراء التعامل مع إنذار الغاز الخفيف

ينص «كود تشغيل المحولات الكهربائية» (DL/T572-2010) على أن أجهزة تجميع الغاز الخاصة بالمحولات يجب أن تكون مزودة بمجموعتين من التلامسات: واحدة للغاز الخفيف وأخرى للغاز الثقيل. وخلال التشغيل العادي، يُضبط الغاز الخفيف على وضع الإنذار، بينما يُضبط الغاز الثقيل على وضع الانقطاع. وإليك الإجراء النموذجي للتعامل مع إنذارات الغاز الخفيف للمحولات:

• عند تفعيل إشارة حماية الغاز، يُجرى فحص المحول فوراً لتحديد ما إذا كان السبب هو تراكم الهواء أو انخفاض مستوى الزيت أو عطل في الدائرة الثانوية أو أعطال داخلية في المحول.

• إذا وُجد غاز في جهاز تجميع الغاز، فيجب تسجيل حجم الغاز، وملاحظة لونه وقابلية اشتعاله، وجمع عينات من الغاز والزيت لتحليلها كروماتوغرافياً.

• إذا كان الغاز الموجود في جهاز التجميع عديم اللون، عديم الرائحة، وغير قابل للاشتعال، وحددت التحليلات الكروماتوغرافية أنه هواء، فيجوز الاستمرار في تشغيل المحول، ويجب تصحيح عيب دخول الهواء فوراً.

• إذا كان الغاز قابلاً للاشتعال أو كانت نتيجة تحليل الغازات الذائبة (DGA) غير طبيعية، فيجب إجراء تقييم شامل لاتخاذ قرار بشأن إيقاف تشغيل المحول أم لا.

تنص إجراءات الوقاية الجديدة من الحوادث (٩.٢.٣.٦) على ما يلي: «إذا سجّل المحول إنذارين متتاليين للغاز الخفيف خلال يوم واحد، فيجب فوراً التقدم بطلب لإيقاف التيار الكهربائي لإجراء فحص؛ أما بالنسبة للمحولات (أو المفاعلات) التي لا تعتمد هيكل الدورة الإجبارية للزيت ولا تحتوي على جهاز لتصريف الزيت وحقن النيتروجين، فيجب التقدّم فوراً بطلب لإيقاف التيار الكهربائي لإجراء فحص عند ظهور إنذار الغاز الخفيف في الجسم الرئيسي للمحول.»

من المرجح أن تظهر إنذارات الغاز الخفيف في المحولات الجديدة المشغَّلة حديثاً أو تلك الخاضعة لمعالجة الزيت أثناء التشغيل الأولي. كما أن المحولات التي تعتمد الدورة الإجبارية للزيت عرضة لدخول الهواء بسبب تسرب الزيت في المناطق ذات الضغط السلبي؛ وقد يعلق الغاز في أنابيب تصريف الزيت الخاصة بالمحولات المزودة بأجهزة تصريف الزيت وحقن النيتروجين — وكلتا الحالتين قد تتسبّبان في ظهور إنذارات الغاز الخفيف. ومن الطبيعي أن يتحرّر كمية صغيرة من الغاز أثناء تشغيل المحول، لكن ظهور إنذارين متتاليين للغاز الخفيف خلال ٢٤ ساعة يشير إلى وجود أعطال جوهرية محتملة.

٣. التحليل الإحصائي لإنذارات الغاز الخفيف في المحولات

الحالة ١: إنذار غاز خفيف في محطة فرعية (٧ يوليو ٢٠١٥)

ظاهرة العطل: أظهرت خلفية مراقبة المحطة الفرعية «إنذار حماية المحول الرئيسي رقم ٣ غير الكهربائية للجسم الرئيسي» و«إنذار الغاز الخفيف للطور جيم في الجسم الرئيسي». السبب: كشف الفحص الميداني أن مستوى الزيت في جهاز تجميع الغاز الخاص بالطور جيم للمحول الرئيسي رقم ٣ منخفض (وقد تجاوز حجم الغاز ٣٠٠ مل؛ وقيمة ضبط إنذار الغاز الخفيف: ٢٧٠±١٠ مل)، بينما كان مستوى الزيت في الطورين ألفا وباء كاملاً. واستناداً إلى نتائج الفحص والاجتماعات الخاصة، تم تحديد أن العطل نتج عن أجسام غريبة معدنية، والتي جرى الحكم بأنها دخلت أثناء النقل/التثبيت (وليس أثناء التصنيع)، إذ لم تكن أنظمة المراقبة قادرة على تغطية عملية التصنيع بأكملها. الإجراءات المتخذة: تم سحب المحول المعطوب واستبداله بطور احتياطي. وتم بناء ورشة صيانة في المحطة الفرعية لإصلاح المحول من قِبل الشركة المصنِّعة في الموقع؛ وتم تخزين المحول المُصلَح كطور احتياطي.

الحالة ٢: إنذار غاز خفيف في محطة فرعية (٣٠ سبتمبر ٢٠١٥)

ظاهرة العطل: أبلغت خلفية المراقبة عن «إنذار ارتفاع الضغط في الطور جيم للمحول الرئيسي رقم ٢» و«إشارة انقطاع ناجمة عن الغاز الثقيل» و«إشارة إنذار الغاز الخفيف»؛ دون حدوث أي إجراءات حماية كهربائية. السبب: أدّى نقص التنسيق بين جهة التصميم والمصنّع إلى إجهاد زائد في طرف التوصيل العلوي للعازل؛ كما كان تصميم ختم العازل ضعيفاً؛ وأدى وجود منطقة ضغط سلبي في الجزء العلوي من الموصل الحامل للتيار في العازل إلى استنشاق الهواء/الماء بعد فشل الختم. وبلغ أقصى انحراف أفقي بين موصل التوصيل على شكل حرف T والعاكس عالي الجهد ٥,٦١ متر، ما تسبب في توتر جانبي طويل الأمد، وتشوه في الطرف والغطاء، وفشل في الختم، وحدوث تفريغ كهربائي داخلي في لفائف الجهد العالي نتيجة استنشاق الهواء/الماء. الإجراءات المتخذة: تم سحب المحول المعطوب واستبداله بطور احتياطي. وتم الانتهاء من الإصلاح في الموقع عام ٢٠١٦ بعد بناء ورشة الصيانة، وتم تخزين المحول كطور احتياطي.

الحالة ٣: إنذار غاز خفيف في محطة فرعية (١٨ يونيو ٢٠١٨)

ظاهرة العطل: إنذار غاز خفيف في الطور ألفا للمحول الرئيسي رقم ١ في محطة فرعية. السبب: أظهرت اختبارات أخذ عينات الزيت والغاز أن الغاز غير قابل للاشتعال وأن بيانات الزيت طبيعية. وتم تفريغ جهاز تجميع الغاز في نفس اليوم، وعادت الإشارة إلى وضع الاستقرار فوراً. وأظهرت المتابعة طويلة الأمد لتراكم الغاز في جهاز التجميع عدم وجود غاز جديد، مما أكد أن الإنذار نتج عن تراكم هواء على مدى طويل.

حالة 4: إنذار غاز خفيف أثناء التشغيل الأولي

ظاهرة العطل: إنذار غاز خفيف في المرحلة ج من المحول الرئيسي رقم 3 أثناء التشغيل الأولي. السبب: تسرب الزيت من مفتاح تدفق الزيت للمحول؛ لم يقم الوحدة المنفذة بإزالة الغاز بالكامل بعد الاستبدال. لم يتم اكتشاف أي أسيتلين في المحول. الإجراء: إزالة الغاز من المحول.

حالة 5: إنذار غاز خفيف في محطة التحويل (20 نوفمبر 2018)

ظاهرة العطل: عند الساعة 06:24:55، أبلغت واجهة OWS الخلفية لمحطة التحويل "إنذار غاز خفيف في المرحلة ب من محول التحويل على جانب معين"؛ عند الساعة 06:40:57، تم الإبلاغ عن "حماية غاز ثقيل في المرحلة ب من محول التحويل على جانب معين"، وتوقفت دوائر قاطع الدائرة 01B/02B للمحول ثلاث مرات. السبب: تمزق كيس تخزين الزيت. دخل الزيت إلى الكيس، وأدى انخفاض درجة الحرارة المفاجئ إلى غمر الكيس المليء بالزيت، مما عرقل خط أنابيب الزيت وأدى إلى احتباس الغاز، مما أدى إلى تشغيل مفتاح الغاز. تمزق الكيس بسبب وضع الاحتياط لفترة طويلة والتقدم في العمر بسرعة في درجات الحرارة المنخفضة. الإجراء: أكد الفحص الميداني تمزق الكيس (دخل معظم الزيت في الكيس). تم استبدال الكيس واستؤنف عمل محول التحويل.

حالة 6: إنذار غاز خفيف في شركة كهرباء (2 يناير 2017)

ظاهرة العطل: كان القطبين المباشرين في وضع الاحتياط البارد في شركة كهرباء؛ عند الساعة 20:37، تم الإبلاغ عن إنذار غاز خفيف في محول التحويل YYC للقطب 1، تبعه توقف نتيجة غاز ثقيل عند الساعة 20:42. السبب: أظهر الفحص الميداني تسرب زيت من مضخة دورة التبريد رقم 4 للمحول C/Y/Y للقطب 1. توقف التسرب بعد قطع طاقة المضخة وإغلاق الصمامات في كلا الطرفين. كان السبب الجذري هو جودة المواد غير الجيدة للبراغي ومغلفات نهاية المضخة، مما أدى إلى تآكل شديد وكسر البراغي وهبوط جسم المضخة وتسرب زيت كبير. الإجراء: تم استبدال 4 مضخات زيت غاطسة في محول التحويل YYC للقطب 1، وإعادة تعبئة الزيت، وإجراء اختبارات الصيانة. تم استبدال أو تعديل بنية البراغي في 52 مضخة زيت غاطسة في 13 محول تحويل آخر (بما في ذلك اثنين احتياطيين).

4. تفسير ضبط الإنذار أو التوقف بواسطة غاز خفيف

4.1 مقدمة عن مفاتيح الغاز

تعمل مفاتيح الغاز عن طريق اكتشاف الغاز الناتج من تحلل الزيت أو الاندفاعات الزيتية الناتجة عن أعطال داخلية في المحول، مما يؤدي إلى تشغيل ملامسات الإنذار (غاز خفيف) أو التوقف (غاز ثقيل).

• غاز خفيف: يعكس أعطالاً بسيطة (مثل: تسخين الزائد، تسخين محوري محلي، تسخين الخزان بسبب تسرب المجال المغناطيسي). يرتفع الغاز المتفكك إلى حجرة جمع الغاز في المفتاح، مما يخفض مستوى الزيت ويقوم بتشغيل مفتاح الرذاذ الخفيف لإرسال إنذار. إذا انخفض مستوى الزيت بشكل أكبر، يتم تشغيل الغاز الثقيل.

• غاز ثقيل: يعكس أعطالاً خطيرة (مثل: توصيل الأرض للعمود، قصر بين الألفاظ). يتولد الغاز بسرعة ويضغط على الزيت ليصطدم بدرع، مما يجذب مفتاح الرذاذ الثقيل عبر مغناطيس ليتوقف المحول.

4.2 أسباب ضبط الإنذار بواسطة غاز خفيف

• محولات التيار العالي جداً (UHV): لكل محول رئيسي ومحول تنظيم الجهد مفتاح غاز واحد فقط؛ تربط الأعمدة مع مفتاح الجسم عبر أنابيب جمع الغاز. يوجد ملامس إنذار غاز خفيف واحد فقط، ويتم ضبطه في وضع الإنذار تحت ظروف التشغيل العادية (الغاز الثقيل للتوقف).

• محولات التحويل: مجهزة بمفتاح غاز واحد (تكنولوجيا سيمنز) أو 7+ مفاتيح غاز (تكنولوجيا ABB). يتم ضبط الغاز الخفيف في وضع الإنذار (الغاز الثقيل للتوقف) تحت ظروف التشغيل العادية.

مفاتيح الغاز في محولات التحويل لديها فقط 1 أو 2 ملامس إنذار غاز خفيف، وهي عرضة للإنذارات الخاطئة بسبب دخول الماء إلى صندوق التوصيلات، أو دخول غاز الناقل من الكروماتوغراف الزيتي إلى الخزان، أو دخول الهواء بسبب ختم الجسم السيء. لا تتوفر تدابير الوقاية من الخطأ "اثنين من ثلاثة". إذا تم ضبط الغاز الخفيف للتوقف، قد تسبب الإنذارات الخاطئة توقف القطب الواحد (مجموعة الصمام الواحدة)، مما يؤدي إلى فقدان 1500 ميجاوات أو أكثر من الطاقة ويهدد استقرار الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، يوفر الغاز الخفيف نافذة استجابة للأعطال البسيطة (مثل: تسخين المحور/العزل الخفيف) قبل تشغيل الغاز الثقيل، مما يحسن توفر المعدات. لذلك، تحدد الإجراءات الرئيسية الثمانية عشر لمكافحة الحوادث في الشبكات الكبيرة والقانون لتشغيل محولات الطاقة (DL/T572-2010) أن يكون الغاز الخفيف مضبطًا فقط للإنذار.

حالات التشغيل الخاطئ:

• 2003: أدى دخول الماء إلى مفتاح الغاز للمحول التحويلي للرداء المتوازن إلى توقف القطبين، مما أدى إلى فقدان 1281 ميجاوات.

• 2019: حدث توقف مؤقت بسبب عطل في دائرة التوصيل لمفتاح الغاز للمحول التحويلي.

4.3 اقتراح لتغيير ضبط الغاز الخفيف من الإنذار إلى التوقف لمحولات UHV

نظرًا للمخاطر المرتبطة بالأعطال المفاجئة في محولات UHV والتي تهدد سلامة الموظفين، يُقترح تغيير العمل بالغاز الخفيف من الإنذار إلى التوقف لمحولات UHV، للأسباب التالية:

• العمل المبكر في الأعطال الخطيرة: قد يعمل الغاز الخفيف قبل الغاز الثقيل في الأعطال المفاجئة الخطيرة. يمكن أن يؤدي التوقف عند الغاز الخفيف إلى عزل المحول المعيب بسرعة، مما يمنع الأضرار الكبيرة للمعدات أو الإصابات البشرية. (مثل: 2016: انفجر مفاعل التحويل الجانبي UHV بعد عدة إنذارات غاز خفيف؛ 2017: تم تشغيل الغاز الخفيف قبل الغاز الثقيل بـ 32 ثانية أثناء عطل عمود محول التحويل).

• متانة الشبكة: يمكن للشبكة المدعمة تحمل فقدان مجموعة الصمامات أو المحول دون مشاكل في الاستقرار.

• تخفيض مخاطر التشغيل الخاطئ: تحسنت إدارة المفاتيح غير الكهربائية (مثل: تركيب أغطية الأمطار، فحص العينات المنتظم، فحص عزل الدوائر) مما أدى إلى تقليل الإنذارات الخاطئة بشكل كبير. تظهر الإحصائيات عدم وجود تشغيل خاطئ للغاز الخفيف في محطات التحويل (3 سنوات) وفي المحطات الفرعية (5 سنوات)؛ تم تسجيل 6 حالات تشغيل ناتجة عن عدم إزالة الغاز أثناء البناء (وليس بسبب أعطال المعدات).

الإجراء المؤقت: أثناء تشغيل المحولات فائقة الجهد بشكل غير مستقر، قم بضبط جميع نقاط الاتصال للغاز الخفيف (المقابس المرتفعة، جهاز تغيير التوصيل، الجسم) للمحولات المحولة والمحولات الرئيسية والمحولات المنظمة للجهد على وضع القطع لضمان سلامة الأفراد والمعدات.

4.4 خطة تنفيذ تعديل الغاز الخفيف إلى القطع

• المحولات المحولة: قم بتعديل البرمجيات عبر سحب النظام الفردي للتحكم بالتيار المستمر لتغيير إشارات الغاز الخفيف إلى القطع. لا يُحتاج إلى اختبار القطع بعد التعديل (تتم مراجعة دوائر الإشارات سنويًا)؛ قم بتنفيذه خلال فترة التوقف المخطط لها (يوم واحد).

• المحولات البديلة: قم بتعديل التوصيل في لوحة الحماية وإجراء اختبارات النقل (يوم واحد).