تحليل موجز للنقاط الرئيسية لتشغيل وصيانة قواطع الدائرة ذات الجهد العالي SF6

1 نظرة عامة

يمكن للقواطع الكهربائية أن تربط وتفصل الدوائر وفقًا لوضع التشغيل في الظروف الطبيعية. كما يمكنها أيضًا قطع الأجهزة المعيبة بسرعة بناءً على إشارات الحماية الثانوية عند حدوث عطل، أو ربط الدائرة لاستعادة التغذية الكهربائية بعد القضاء على العطل المؤقت. وبالتالي، فإن لها الوظائف المزدوجة للتحكم والحماية. حاليا، هناك أكثر من مائة محطة تحويل في منطقة بينغدينغشان. في كل محطة تحويل، تتطلب القواطع الكهربائية لكل خط خروج، ولكل جانب دخول، وربط الحافلات المزدوجة. يتم استخدام القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ بشكل واسع في محطات التحويل 110 كيلوفولت و220 كيلوفولت بسبب مزاياها مثل قدرتها القوية على القطع، وسرعة عملها، وسهولة الصيانة، والاستقرار العالي.

تتكون القواطع الكهربائية عالية الجهد بشكل أساسي من الأطراف المتحركة، والأطراف الثابتة، وغرف إطفاء القوس، وأجزاء التوصيل. تقع الأطراف المتحركة والثابتة داخل غرفة إطفاء القوس وتستخدم لقطع التيار. يبقى الطرف الثابت ثابتًا، بينما يتم تشغيل الطرف المتحرك بواسطة الآلية التشغيلية لتمكين القاطع الكهربائي من إكمال عمليات الفتح والإغلاق. يتم ربط الآلية التشغيلية بالطرف المتحرك عبر آلية نقل وقضيب عازل.

على الرغم من أن أداء القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ الشائعة الاستخدام حاليًا نسبيًا كامل، إلا أنه قد يحدث أعطال أثناء التشغيل بسبب التغيرات في الشبكة الكهربائية، والبيئة الخارجية، والعوامل الداخلية. على سبيل المثال، يستعرض هذا المقال بإيجاز المشاكل الشائعة أثناء تشغيل القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ المستخدمة في محطات التحويل 220 كيلوفولت والإجراءات المناسبة لمعالجتها.

2 تحليل المشاكل الموجودة ونقاط التركيز في التشغيل والصيانة

تتألف العديد من مكونات القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆، مثل الآلية التشغيلية، وآلية النقل، وأجزاء إطفاء القوس، وأجزاء التوصيل، من عناصر عرضة لمجموعة متنوعة من الأعطال أثناء التشغيل. وفي تشغيل محطات التحويل في منطقة بينغدينغشان في الماضي، وقعت الحوادث التالية:

• اضطرت القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ إلى التوقف عن العمل بسبب تسرب غاز SF₆.

• حدث قفل الضغط بسبب تسرب الزيت الشديد في الآلية الهيدروليكية، أو فشلت عملية تخزين الطاقة بسبب شذوذ في الآلية الربيعية، مما أدى إلى عدم قدرة القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ على قطع التيار بشكل طبيعي.

• رفض القاطع الكهربائي العمل بسبب مشاكل داخل الآلية نفسها، مثل انقطاع الدائرة التحكمية، مما يمنعه من استيفاء متطلبات الفتح والإغلاق.

• تضررت القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ بسبب تكسير العازل السيراميك.

• أدى التسخين الزائد بسبب مشاكل التوصيل إلى عدم قدرة القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ على العمل بشكل طبيعي.

• تضرر القاطع الكهربائي بمختلف الدرجات ولم يعد قادرًا على الحفاظ على التشغيل الطبيعي بسبب تأثير البيئة الخارجية أو تلف الجزء العازل.

يمكن لهذه المشاكل أن تسبب ضررًا معينًا للقواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ بمختلف الدرجات وتؤثر على تشغيلها الطبيعي. خلال الفحص والصيانة اليومية، يجب الاهتمام بشكل أكبر بفحص هذه المكونات للقواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ لتحسين موثوقية التغذية الكهربائية لنظام الطاقة. فيما يلي تحليل فردي لهذه المشاكل.

2.1 جزء إطفاء القوس

يجب أن تكون للقواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ قدرة كافية على النفخ وإعادة القوة العازلة لمنع إعادة اشتعال القوس عند الصفر العابر للتيار. يحدث عملية إطفاء القوس في القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ داخل غرفة إطفاء القوس، والتي تتكون بشكل أساسي من الأطراف الرئيسية المتحركة والثابتة، والأطراف الثانوية المتحركة والثابتة، والفوهات الكبيرة والصغيرة، والأسطوانة الضاغطة، والمكبس. وبالتحديد:

• تحمل الأطراف الرئيسية التيار عندما يعمل القاطع الكهربائي بشكل طبيعي.

• الأطراف الثانوية متصلة بالتوازي مع الأطراف الرئيسية، ومقدار سفر الاتصال فيها أكبر من الأطراف الرئيسية. يمكنها تحمل جميع التآكل الناتج عن القوس أثناء قطع التيار أو الإغلاق، مما يحمي الأطراف الرئيسية من التلف.

• تقييد الفوهات اتجاه وسرعة تدفق الغاز النفاث لتحقيق أفضل تأثير لإطفاء القوس.

• يضغط المكبس على الغاز داخل الأسطوانة الضاغطة عندما يتحرك الطرف المتحرك، مما يزيد من ضغط الغاز في الأسطوانة ليصل إلى ضغط الغاز الأمثل لإطفاء القوس.

خلال التشغيل، سيؤثر تسرب غاز SF₆ مباشرة على التشغيل المستقر للقاطع الكهربائي. عندما ينخفض ضغط الغاز أقل من العتبة، سيصدر القاطع الكهربائي إنذارًا أو يتم قفله بسبب الضغط المنخفض. في هذه الحالة، قد يحدث عطل، مما يؤدي إلى توسيع نطاق انقطاع التيار الكهربائي.

2.2 الجزء الميكانيكي

يحدد الأداء الميكانيكي للقواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ قدرتها على إطفاء القوس ويؤثر على سرعة وتوقيت فتح وإغلاقها. يمكن تقسيم الجزء الميكانيكي بشكل عام إلى الآلية التشغيلية وآلية النقل. وفقًا لبيانات الإحصاء حول أعطال القواطع الكهربائية، فإن 63.2٪ من أعطال القواطع الكهربائية في الصين تنتج عن الآلية التشغيلية.

تُقسم الآليات التشغيلية للقواطع الكهربائية SF₆ المستخدمة في محطات التحويل 110 كيلوفولت وما فوق في منطقة بينغدينغشان بشكل عام إلى الآليات الهيدروليكية والآليات الربيعية. تُستخدم الآليات الربيعية بشكل واسع بسبب مزاياها مثل البساطة في البنية الميكانيكية، وسهولة الصيانة، وسرعة الاستجابة، والود للبيئة، والتكلفة المنخفضة. ومع ذلك، مع زيادة وقت التشغيل، ستنخفض مرونة الربيع. قد تحدث حالات حيث يفشل القاطع الكهربائي في قطع تيار العطل بسبب فشل الربيع في تخزين الطاقة، أو فشل إعادة الإغلاق بسبب فشل الربيع في تخزين الطاقة أثناء إعادة الإغلاق.

تتميز الآليات الهيدروليكية بموثوقية أعلى وأمان أعلى وعمر خدمة أطول. عندما ينخفض القيمة الهيدروليكية أقل من العتبة، سيتم تفعيل قفل الضغط الصفر لتجنب الفتح البطيء بسبب فقدان الضغط. سيبدأ نظام التحكم في تشغيل المحرك لزيادة الضغط، وبعد فترة زمنية محددة، سيقوم جهاز الوقت بقطع دائرة التحكم لوقف زيادة الضغط.

بالإضافة إلى ذلك، تلعب آليات النقل مثل قضبان الربط والأذرع الدوارة والمحاور دورًا مهمًا في عملية الفتح والإغلاق. عند استلام إشارات الفتح والإغلاق، تقوم الأوتاد الربيعية بإطلاق الطاقة وتدفع الأطراف لإكمال مهام الفتح والإغلاق عبر آليات النقل مثل قضبان الربط والأذرع الدوارة. إذا كانت قضبان الربط أو الأذرع الدوارة أو المحاور مشوهة أو متصدع، فسيؤثر ذلك على النقل الطبيعي أثناء فتح وإغلاق القاطع الكهربائي.

2.3 البيئة التشغيلية

يجب أيضًا الانتباه إلى تأثير التغييرات في البيئة التشغيلية على القواطع الكهربائية SF₆ الخارجية أثناء التشغيل. على سبيل المثال، في ظروف الرياح القوية، قد تتأرجح الأسلاك بشدة أو قد تعلق عليها أجسام غريبة. عند تعرض الشبكة الكهربائية أو نظام التأريض للصواعق، قد تحدث موجات فائقة الجهد، مما يؤدي إلى تنشيط القاطع الكهربائي. في ظروف الأمطار أو الثلوج، يكون سطح القاطع الكهربائي عرضة للرطوبة، مما قد يؤدي إلى حدوث تفريغ كورونا. إذا كان السطح ملوثًا، فقد يحدث تفريغ تلوث أكثر خطورة. في حالة تراكم الثلج أو التجمد، قد يسخن المفاصل. عندما يتغير درجة الحرارة بشكل مفاجئ، قد تتغير مستوى الزيت وضغط الغاز للقاطع الكهربائي أيضًا بشكل مفاجئ، مما يؤدي إلى انخفاض في الأداء العازل ويؤثر على سرعة فتح وإغلاقه.

2.4 الجزء العازل

يهدف الجزء العازل إلى عزل الجهاز عن الهواء. تشمل المواد العازلة الشائعة استخدامًا العوازل السيراميك، والعوازل المركبة، والعوازل المصنوعة من السيليكون. حاليًا، يتم صنع العزل الخارجي للقواطع الكهربائية SF₆ في منطقة بينغدينغشان بشكل أساسي من السيراميك.

خلال التشغيل، قد تنخفض قدرة العزل للعوازل السيراميك بشكل كبير أو حتى تفقد بسبب عوامل مثل جودتها السيئة، أو تركيب غير مؤهل، أو تغيرات مفاجئة في درجة الحرارة، أو زيادة مفرطة في موجات الجهد الزائد. إذا تم توزيع الضغط على العزل الخارجي للقواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ بشكل غير متساوٍ أثناء التركيب، فقد يتفاقم تلف العزل الخارجي خلال التشغيل طويل الأمد. في الحالات الشديدة، قد تحدث تشققات أو كسور على سطح السيراميك.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتغيرات درجة الحرارة الخارجية المفاجئة أن تقلل بشكل كبير من مقاومة الانحناء والشد للمواد العازلة. إذا تم تطبيق قوى ميكانيكية في هذا الوقت، فقد يتلف الجزء العازل أو حتى ينفذ. عندما يتعرض العزل الخارجي للجهد الزائد، قد يُثار تفريغ جزئي. إذا كان هناك غبار أو أوساخ على سطح العزل الخارجي، وكان البيئة رطبة، فقد يحدث تفريغ تلوث تحت تأثير مجال كهربائي عالي الجهد.

3 الإجراءات

نظرًا لكثرة الخطوط الخارجيه في محطات التحويل 220 كيلوفولت، ومن ثم عدد كبير من القواطع الكهربائية SF₆، لتخفيض حدوث المشاكل المذكورة أعلاه، يجب وضع دورة فحص وصيانة مناسبة، وإنشاء عملية معالجة للأعطال ومعايير قبول الأجهزة كاملة، مع التركيز على الوقاية من الحوادث، وإنشاء نظام إدارة مغلق تمامًا.

3.1 وضع دورة فحص مناسبة

يعتمد التشغيل الطبيعي للقواطع الكهربائية على الفحص اليومي من قبل موظفي التشغيل والصيانة. من خلال وضع دورة فحص مناسبة، يمكن اكتشاف الأعطال في القواطع الكهربائية في الوقت المناسب، مما يمنع تفاقم الأعطال وحدوث حوادث. فيما يلي وصف موجز للنقاط الأساسية التي يجب مراعاتها أثناء فحص القواطع الكهربائية عالية الجهد SF₆ بـ 220 كيلوفولت.

• يجب إجراء الفحص الروتيني على الأقل مرة واحدة في الأسبوع. يشمل هذا أساسًا الفحص الروتيني للمظهر الخارجي للقاطع الكهربائي، والأصوات غير الطبيعية، والتسربات في الأجهزة، والبيئة التشغيلية، والتتبع والفحص للعيوب والمخاطر المحتملة. يجب الانتباه بشكل خاص إلى فحص ما إذا كان قيمة الضغط ومستوى الزيت للقاطع الكهربائي عالي الجهد SF₆ ضمن النطاق الطبيعي، وتسجيل قيمة الضغط، ومراقبة ما إذا كان لون الزيت طبيعيًا، وما إذا كان يمكن تخزين الطاقة بشكل طبيعي.

• يجب إجراء الفحص الشامل على الأقل مرة واحدة في الشهر. بالإضافة إلى الفحص الروتيني، يتم فتح أبواب الخزانات للأجهزة في المحطة للفحص. يتم تسجيل بيانات التشغيل مثل قيمة ضغط الغاز ومستوى الزيت للقاطع الكهربائي؛ يتم فحص ما إذا كانت أبواب الخزانات للقاطع الكهربائي مغلقة بإحكام، وما إذا كانت الفتحات مسدودة بشكل جيد، وما إذا كانت أجهزة إزالة الرطوبة وضبط الحرارة تعمل بشكل طبيعي؛ ما إذا كانت ملفات الفتح والإغلاق تغيرت اللون أو أصدرت روائح غير طبيعية أو علامات الاحتراق؛ ما إذا كانت الآلية التشغيلية وآلية النقل للقاطع الكهربائي طبيعية؛ وما إذا كانت التوصيلات الثانوية تعاني من تسخين أو ترهل أو انفصال.

• يجب إجراء فحص في الظلام على الأقل مرة واحدة في الشهر. يشير هذا إلى الفحص الذي يتم في الليل دون وجود إضاءة، مع التركيز على فحص ما إذا كانت الأسلاك والوصلات والعوازل تتسخن، وما إذا كان هناك أي تفريغ على العزل الخارجي.

• الفحوصات الخاصة تُجرى لمنع القاطع الكهربائي من التصرف بشكل غير صحيح، أو رفض العمل، أو تشوه الهيكل، أو تلف العزل، أو التفريغ، أو حدوث تفريغ تلوث بسبب التغيرات في البيئة الخارجية أو وضع تشغيل النظام، مما قد يؤثر على التشغيل الطبيعي للقاطع الكهربائي. تتباين فترات الفحص حسب الحالات المحددة.

3.2 وضع دورة صيانة مناسبة

يهدف الفحص الدوري إلى اكتشاف المشكلات بشكل أفضل، بينما يمكن للصيانة الدورية أن تمنع بشكل أفضل تطور العيوب الصغيرة إلى حوادث كبيرة. فيما يلي بعض البنود الصيانة الشائعة للقواطع الكهربائية.

• يتم إجراء صيانة الخزان مرة كل ستة أشهر. يتم التركيز على فحص ما إذا كانت الأشرطة المختومة، وأعمدة الأبواب، والمقابض متهالكة، وما إذا كان الخزان مصدأ، وما إذا كانت علامات التأريض سليمة.

• يتم إجراء صيانة المسدودة مرة كل شهر. يجب استخدام مواد مانعة للحرائق لسد الفتحات، وإذا لزم الأمر، يجب استخدام مواد عازلة مثل الألواح المانعة للحرائق لضمان سد الفتحات بإحكام ومنع انهيار المادة المسدودة.

• يتم إجراء صيانة أجهزة إزالة الرطوبة والتبريد وأجهزة الإضاءة مرة كل ربع سنة. يتم تحديد ما إذا كانت أجهزة إزالة الرطوبة والتبريد تعمل بشكل طبيعي وفقًا للتغيرات البيئية. في نفس الوقت، يتم فحص ما إذا كانت أجهزة الإضاءة داخل الخزانات طبيعية، وما إذا كانت مفاتيح التماس وخطوط التوصيل مترخية.

3.3 إنشاء عملية معالجة للأعطال

يجب تسجيل الأعطال التي يتم اكتشافها أثناء الفحص والصيانة، وإبلاغها في الوقت المناسب وفقًا لدرجة خطورتها. لاحقًا، يجب على فريق الصيانة إجراء التجارب والصيانة بشكل سريع. بعد الصيانة، يكون مسؤولية فريق التشغيل والصيانة هي قبول الأجهزة، ويتم تشغيل الجهاز فقط بعد أن يمر بالقبول. من خلال الإدارة المغلقة الكاملة للعملية من الاكتشاف - التسجيل - الإبلاغ - المعالجة - القبول، لا يمكن فقط تمديد عمر الأجهزة، ولكن أيضًا تقليل حدوث الحوادث، وتقديم طاقة كهربائية عالية الجودة بشكل أفضل للمستخدمين.

3.4 الاحتياطات عند القبول

يجب قبول القواطع الكهربائية والتأكد من أنها تمر بالاختبار قبل تشغيلها بعد التثبيت الجديد أو الصيانة. أثناء القبول، يجب التأكد من عدم وجود بقايا من الصيانة على القاطع الكهربائي؛ العوازل السيراميك نظيفة وغير متصدعة؛ مقياس ضغط غاز SF₆ ومقياس مستوى الزيت طبيعي؛ الآلية الهيدروليكية أو الربيعية يمكنها تخزين الطاقة بشكل طبيعي؛ الخزان مختوم بشكل جيد، والمفاصل ليست مترخية أو متشوه؛ وأن إشارات الموضع والإشارات التنبيهية غير الطبيعية تعمل بشكل صحيح.

4 الخاتمة

إدارة التشغيل والصيانة للقواطع الكهربائية هي عملية ديناميكية. في العمل اليومي، يجب تعزيز الشعور بالمسؤولية لدى موظفي التشغيل والصيانة. يجب عليهم اتباع اللوائح بدقة لأجل الفحوصات والصيانة المناسبة، ووضع نظام إدارة مغلق مناسب للأجهزة لضمان التشغيل الطبيعي للأجهزة واستقرار شبكة الكهرباء.