محولات الطاقة: مخاطر القصر الكهربائي وأسبابها ووسائل التحسين

محولات الكهرباء: مخاطر القصر الكهربائي وأسبابها ووسائل تحسينها

تعتبر محولات الطاقة من المكونات الأساسية في أنظمة الطاقة التي توفر نقل الطاقة وهي أجهزة استقراء حيوية تضمن التشغيل الآمن للطاقة. تتكون بنية المحول من ملفات رئيسية وثانوية ونواة فولاذية، مستخدمة مبدأ الاستقراء الكهرومغناطيسي لتغيير الجهد الكهربائي المتغير. من خلال التحسينات التقنية طويلة الأمد، تم تعزيز موثوقية واستقرار إمدادات الطاقة بشكل مستمر. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من المخاطر البارزة. بعض وحدات المحولات تعاني من قدرة غير كافية لمقاومة الصدمات الناجمة عن القصر الكهربائي، مما يجعلها عرضة لظاهرة القصر الكهربائي. لتحديد أسباب الأعطال والمواقع بشكل فعال، يجب تكثيف البحث حول أعطال المحولات وتكنولوجيات التشخيص لتبني التقنيات المناسبة التي تعالج مشاكل تشخيص أعطال المحولات بكفاءة.

1. مخاطر قصر الدائرة في محولات الطاقة

• تأثير التيار الزائد: يحدث قصر دائرة مفاجئ في المحول تيار قصير كبير. رغم أن مدته قصيرة، قبل قطع دائرة المحول الرئيسية، قد تكون هذه الخطر قد تشكلت بالفعل، مما قد يؤدي إلى تلف داخلي للمحول وتقليل مستوى العزل.

• تأثير القوى الكهرومغناطيسية: خلال القصر الكهربائي، ينتج التيار الزائد قوى كهرومغناطيسية كبيرة تؤثر على الاستقرار. وفي الحالات الشديدة، يمكن أن تتأثر ملفات المحول إلى حد ما، مثل تشوه ملفات المحول وتضرر قوة عزل ملفات المحول وتضرر المكونات الأخرى. وفي الحالات القصوى، قد يؤدي ذلك إلى حوادث سلامة الطاقة مثل احتراق المحول.

2. أسباب قصر الدائرة في محولات الطاقة

(1) يتم تطوير برامج حساب التيار على أساس نماذج مثالية تفترض توزيع المجال المغناطيسي تسرب موحد، وقطر دوران متطابق، وقوى متزامنة. ومع ذلك، في الواقع، فإن المجال المغناطيسي تسرب في المحولات ليس موزعاً بشكل موحد وهو مركّز نسبياً في الجزء العمودي، حيث تتعرض الأسلاك الكهرومغناطيسية لقوى ميكانيكية أكبر. عند نقاط التحويل في الكابلات المستمرة المنقولة (CTC)، يتغير ميل الصعود ويغير اتجاه نقل القوة، مما يولد عزم دوران. بسبب معامل الوحدة المرنة للأعمدة الفاصلة، يمكن أن تسبب توزيع الأعمدة الفاصلة المحوري غير الموحد تأخير الرنين للقوى البديلة المنتجة بواسطة المجالات المغناطيسية تسرب البديلة. هذا هو السبب الأساسي لتشوه الأقراص ملفات المحول في الجزء العمودي الحديد والنقاط التحويلية والأماكن المقابلة مع أجهزة تغيير التوصيل أولاً.

(2) استخدام أسلاك متحولة تقليدية ذات مقاومة ميكانيكية ضعيفة يجعلها عرضة للتشوه والانفصال والتعرض للنحاس عند تعرضها لقوى ميكانيكية قصيرة الدائرة. عند استخدام أسلاك متحولة تقليدية، تولد التيارات الكبيرة والصعود الحاد للتحويل عزم دوران كبير. بالإضافة إلى ذلك، تواجه الأقراص ملفات المحول في طرفي ملفات المحول عزم دوران كبير بسبب تأثير المجالات المغناطيسية تسرب الشعاعي والمحوري مجتمعة، مما يؤدي إلى التشوه بالتواء.

على سبيل المثال، كان للملف المشترك للمرحلة A في محول يانغاو 500 كيلو فولت 71 تحويل، وبسبب استخدام أسلاك متحولة تقليدية أسمك، أظهر 66 من هذه التحويلات درجات مختلفة من التشوه. وبالمثل، أظهر المحول الرئيسي رقم 11 في ووجينغ أيضاً درجات مختلفة من انقلاب الأسلاك والتعرض في نهايات ملفات المحول العالي الجهد في الجزء العمودي الحديد بسبب استخدام أسلاك متحولة تقليدية.

(3) لا تأخذ حسابات مقاومة القصر الكهربائي بعين الاعتبار تأثير درجة الحرارة على قوة الانحناء والشد للأسلاك الكهرومغناطيسية. تصميم مقاومة القصر الكهربائي في درجة حرارة الغرفة لا يمكن أن يعكس الظروف التشغيلية الفعلية. وفقًا لنتائج الاختبارات، يؤثر درجة حرارة الأسلاك الكهرومغناطيسية بشكل كبير على حد التصريف (σ0.2). كلما ارتفعت درجة حرارة الأسلاك الكهرومغناطيسية، تنخفض قوة الانحناء والشد والإطالة. عند 250 درجة مئوية، تكون قوة الانحناء والشد أقل بكثير من 50 درجة مئوية، بينما تنخفض الإطالة بأكثر من 40٪. أثناء التشغيل الفعلي، يصل متوسط درجة حرارة ملفات المحول إلى 105 درجة مئوية تحت الحمل المقنن، مع وصول درجة الحرارة الساخنة إلى 118 درجة مئوية. تخضع معظم المحولات لعمليات إعادة توصيل آلية أثناء التشغيل.

لذا، إذا لم يختف نقطة القصر الكهربائي على الفور، سيتعرض المحول لتأثير قصر دائرة ثانٍ خلال فترة زمنية قصيرة جداً (0.8 ثانية). ومع ذلك، بعد تأثير التيار القصير الأول، ترتفع درجة حرارة ملفات المحول بشكل حاد. وفقًا لمعايير GB1094، فإن الحد الأقصى المسموح به للحرارة هو 250 درجة مئوية، حيث يكون مقاومة القصر الكهربائي لملفات المحول قد انخفض بشكل كبير. هذا يفسر لماذا تحدث معظم حوادث قصر الدائرة في المحولات بعد عمليات إعادة التوصيل.

(4) البناء المفكك للملفات، ومعالجة التحويل غير المناسبة، والسماكة الزائدة تجعل الأسلاك الكهرومغناطيسية معلقة. من منظور مواقع الأضرار في الحوادث، يكون التشوه الأكثر شيوعًا في نقاط التحويل، خاصة في مواقع التحويل للأسلاك المتحولة.

(5) يعتبر استخدام الأسلاك الناعمة أحد الأسباب الرئيسية لمقاومة القصر الكهربائي السيئة في المحولات. بسبب عدم فهم كافٍ لهذا الأمر في وقت مبكر أو صعوبات في معدات ومراحل التفكيك، كانت الشركات المصنعة غير راغبة في استخدام الأسلاك شبه الصلبة أو لم يكن لديها مثل هذه المتطلبات في التصاميم. جميع المحولات التي فشلت استخدمت الأسلاك الناعمة.

(6) تؤدي الفجوات الزائدة في التجميع إلى دعم غير كافٍ على الأسلاك الكهرومغناطيسية، مما يخلق خطرًا مخفياً لمقاومة قصر الدائرة في المحولات.

(7) القوى المطبقة على مختلف ملفات المحول أو مواقع التوصيل غير متساوية مما يؤدي إلى قفز الأقراص ملفات المحول أثناء تأثيرات قصر الدائرة، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الانحنائي على الأسلاك الكهرومغناطيسية والتشوه اللاحق.

(8) عدم وجود علاج بالتجفيف بين لفات أو أسلاك اللف يؤدي إلى مقاومة قصيرة غير كافية. لم تتعرض اللفات المبكرة المعالجة بالغمر في الورنيش لأي تلف.

(9) السيطرة غير المناسبة على قوة التوتر المسبق لللف تؤدي إلى عدم تطابق الموصلات في الموصلات التقليدية المنقولة.

(10) الحوادث المتكررة للقصيرة الخارجية تسبب تأثيرات تراكمية للقوى الكهرومغناطيسية بعد العديد من ضربات تيار القصر، مما يؤدي إلى تليين الأسلاك الكهرومغناطيسية أو الإزاحة النسبية الداخلية، مما يؤدي في النهاية إلى انهيار العزل.

3. إجراءات التحسين لزيادة مقاومة القصر في محولات الطاقة

(1) إجراء اختبارات القصر لمنع المشكلات قبل حدوثها

 يعتمد الأداء الموثوق للمحولات الكبيرة بشكل أساسي على هيكلها ونوعية عملية التصنيع، تليها مجموعة متنوعة من الاختبارات التي تجرى أثناء التشغيل لتتبع حالة المعدات بانتظام. لفهم الاستقرار الميكانيكي للمحول، يمكن إجراء اختبارات القصر لتحديد النقاط الضعيفة والتحسين منها، مما يضمن الثقة في تصميم القوة الهيكلية للمحولات.

(2) توحيد التصميم وتركيز العملية الضاغطة المحورية في تصنيع اللفائف

عند تصميم المحولات، يجب على الشركات المصنعة أن تأخذ في الاعتبار ليس فقط تقليل الخسائر وتحسين مستويات العزل، بل أيضا تعزيز القوة الميكانيكية ومقاومة أعطال القصر. فيما يتعلق بعمليات التصنيع، بما أن العديد من المحولات تستخدم ألواح الضغط المعزولة حيث تشارك اللوحة الواحدة في الضغط على لفات الجهد العالي والمنخفض، يتطلب هذا الهيكل معايير عالية لعمليات التصنيع. يجب معالجة قطع الفاصلة بالتكثيف، وبعد معالجة اللفائف، يجب أن تخضع كل لفيفة للتجفيف تحت ضغط ثابت مع قياس ارتفاع اللفائف المضغوطة.

بعد هذه المعالجة، يجب ضبط اللفائف الموجودة على نفس لوحة الضغط بحيث تكون بنفس الارتفاع. أثناء التجميع النهائي، يجب استخدام الأجهزة الهيدروليكية لتطبيق الضغط المحدد على اللفائف لتحقيق الارتفاع المطلوب حسب التصميم والعملية. أثناء التجميع النهائي، يجب الانتباه ليس فقط إلى الضغط على لفات الجهد العالي، ولكن أيضا خصوصاً إلى ضبط الضغط على لفات الجهد المنخفض.