تحليل تأثير عمليات فصل GIS على المعدات الثانوية
تأثير عمليات فصل المحولات الغازية المغلقة على المعدات الثانوية وتخفيف التأثيرات
1. تأثيرات عمليات فصل المحولات الغازية المغلقة على المعدات الثانوية
1.1 تأثيرات الجهد الزائد العابر
أثناء عمليات فتح/إغلاق محولات الفصل في المحولات الغازية المغلقة (GIS)، يسبب إعادة إشعال القوس الكهربائي والانطفاء المتكرر بين نقاط الاتصال تبادل الطاقة بين السعة والملف اللولبي للنظام، مما يؤدي إلى ظهور جهد زائد بالتبديل بمقدار 2-4 مرات الجهد المقنن للفاز ولفترة زمنية تتراوح من عشرات الميكروثوانيز إلى عدة مليثوانيز. عند تشغيل الحافلات القصيرة - حيث تكون سرعة اتصال فاصل البطاقة بطيئة ولا يوجد قدرة على إطفاء القوس الكهربائي - تنتج ظاهرة الإشعال الأولي وإعادة الإشعال جهودًا عابرة جداً سريعة (VFTOs).
تنتشر VFTOs عبر الموصلات الداخلية والحواجز في GIS. عند نقاط عدم الاستمرارية في المقاومة (مثل الأكمام، المحولات القياسية، نهايات الكابلات)، تنعكس وتتداخل الأمواج المسافرة وتنمو، مما يشوّه الموجات ويضخم قمم VFTOs. مع حواف موجية حادة وأوقات صعود بحجم نانوثانية، تسبب VFTOs زيادة مؤقتة في الجهد عند مدخلات المعدات الثانوية، مما يعرض الإلكترونيات الحساسة للتلف. يمكن أن يتسبب هذا في سوء عمل أجهزة الحماية - مما يؤدي إلى فصل غير مبرر - ويعطل معالجة الإشارات عالية الدقة ونقل البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يقلل التداخل الكهرومغناطيسي ذو التردد العالي الناتج عن VFTOs من كفاءة الوحدات الاتصالية، مما يزيد من معدل الخطأ أو يتسبب في فقدان البيانات، وبالتالي يضعف وظائف الرصد والتحكم في المحطة.
1.2 ارتفاع الجهد في الحاوية
مع توسع الصين في شبكات الجهد فوق العالي (UHV) والجهد خارق العالي (EHV)، أصبح التداخل الكهرومغناطيسي نتيجة لعمليات فصل المحولات الغازية أكثر شدة. الهيكل المتماثل للمحولات الغازية - والذي يتكون من موصلات داخلية من الألومنيوم/النحاس وحاويات خارجية من الألومنيوم/الفولاذ - يظهر نقل عالي التردد ممتاز. بسبب تأثير الجلد، تتدفق التيارات العابرة ذات التردد العالي على السطح الخارجي للموصل وعلى السطح الداخلي للحاوية، مما يمنع تسرب المجال بشكل عام ويحافظ على الحاوية عند الجهد الأرضي تحت الظروف الطبيعية.
ومع ذلك، عندما تواجه التيارات العابرة الناتجة عن VFTO اختلافات في المقاومة (مثل الأكمام أو نهايات الكابلات)، يحدث انعكاس جزئي وانحراف. تربط بعض مكونات الجهد بين الحاوية والأرض، مما يسبب ارتفاعًا فوريًا في الجهد على الحاوية التي كانت مربوطة بالأرض. هذا يشكل خطرا على سلامة الأفراد وقد يقلل من العزل بين الحاوية والموصلات الداخلية، مما يسرع عملية الشيخوخة للمواد ويقلل من عمر المعدات. بالإضافة إلى ذلك، ينتشر هذا الجهد المرتفع عبر الكابلات والأجهزة المتصلة في الأنظمة الثانوية، مما يسبب تداخل كهرومغناطيسي يؤدي إلى فصل غير صحيح أو أخطاء في البيانات أو حتى انهيار داخلي - مما يشكل تهديدًا مباشرًا لموثوقية النظام الكهربائي.
1.3 التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)
في محطات التحويل الغازية، تولد عمليات فصل المحولات/قطع التيار وضربات البرق مجالات كهرومغناطيسية عابرة تؤثر على الأنظمة الثانوية عبر التوصيل المباشر والإشعاع.
التداخل المنقول يحدث عبر المحولات القياسية واختلافات الجهد الأرضي. تربط VFTOs من الدائرة الرئيسية إلى الدائرة الثانوية عبر السعة والملف اللولبي الضائعين في المحولات. كما يتم حقنها في شبكة الأرض عبر أقطاب التأريض، مما يرفع مستوى الجهد الأرضي بأكمله ويخلق حلقات أرضية تزعزع استقرار المعدات الثانوية.
التداخل الإشعاعي يحدث عندما تتضاعف المجالات الكهرومغناطيسية العابرة عبر الفضاء، متصلة مباشرة بكابلات وأنظمة ثانوية. يتصل المجال الكهربائي بنقاط عالية المقاومة، مما يتسبب في تشوه الإشارة أو التشغيل الخاطئ - خاصة الحساسية لمسافة المجال وموضعه وهندسة الجهاز. يتسبب المجال المغناطيسي في إحداث قوى كهربائية في الدوائر الحلزونية وفقًا لقانون فاراداي؛ وشدة ذلك تعتمد على قوة المجال ومعدل التغير ومساحة الحلقة.
1.4 تأثيرات الاهتزازات الميكانيكية
تسبب عمليات فصل المحولات هزات ميكانيكية بسبب الصدمات والاحتكاك والقوى الكهرومغناطيسية خلال عمليات الاتصال/فصل. الانفصال السريع أثناء الفتح أو الاتصال القوي أثناء الإغلاق ينتج موجات صدمة تهتز هيكل المحولات الغازية. تنتقل هذه الاهتزازات عبر الروابط والتروس لتنتشر إلى المعدات الثانوية المجاورة.
يمكن لهذه الاهتزازات أن تفك المشابك الميكانيكية وتقلل من جودة الاتصالات الكهربائية وتزيد من الأخطاء في القياس أو - في الظروف القصوى - تسبب قصر الدائرة. تعرض طويل الأمد يسرع عملية الشيخوخة لكل من المكونات الميكانيكية والإلكترونية، مما يقصر عمر المعدات ويقلل من موثوقيتها.
2. إجراءات التخفيف لحماية المعدات الثانوية
2.1 تصميم هيكلي محسن للمحولات الغازية
اختيار المواد: استخدام خلطات SF₆ ذات قوة عازلة أعلى؛ اختيار مواد ذات خسارة منخفضة وقابلية عالية للنقل (مثل Cu/Al) للحماية؛ تحسين طول الحافلة والسعة لخفض سعة VFTO.
تحسينات الهيكل: تحسين هندسة الموصلات والواقيات لتقليل تركيز المجال الكهربائي؛ تحسين تصميم دعم العازل لتوزيع المجال بشكل متساوٍ؛ تنفيذ سرعات تشغيل مراقبة لفاصل البطاقة وإضافة دوائر ماصة للطاقة العابرة.
التحكم في الاهتزازات: تركيب مخمدات هيدروليكية أو روابط مرنة في الآليات التشغيلية؛ استخدام مطاط ممتص للصدمات بين المحولات الغازية والأساس؛ تحسين دقة سطح الاتصال لتقليل قوة الصدمة.
2.2 تحسين الحماية والتوصيل بالأرض
الحماية الكهرومغناطيسية: قم بتغليف الأجهزة الثانوية الحساسة (مثل: الأجهزة المتصلة، وحدات الاتصال) في صناديق موصلة (صلب مغلفن/ألمنيوم) ذات فواصل محكمة الغلق. استخدم أسلاكًا معزولة أو ثنائية العزل مع توصيل مناسب؛ ضع روابط مرشحة ومراوح شبكية على الفتحات. بالنسبة للأسلاك القصيرة (<10 م)، استخدم التأريض بنقطة واحدة؛ وللمسافات الطويلة، اعتمد التأريض بنقاط متعددة لتقليل الجهد المستحث.
التأريض: حافظ على مقاومة التأريض ≤4 أوم. في الترب ذات المقاومة العالية، نشر شبكات تأريض متصلة بأعمدة رأسية. استخدم التأريض بنقطة واحدة لدوائر التناظرية والتأريض بنقاط متعددة لأنظمة الرقمية/العالية التردد. قم بتحسين تخطيط الشبكة (مثل: شبكة مستطيلة مع كهربائيات تقاطع متقاطعة) لضمان توزيع منتظم للتيار وتدرجات جهد منخفضة.
2.3 تقنيات الفلترة والقمع
المرشحات: قم بتثبيت مرشحات خط الطاقة عند مداخل الأجهزة الثانوية لمنع الضوضاء عالية التردد. طبق خوارزميات تنقية الإشارات الرقمية لتعزيز سلامة البيانات في قنوات الاتصال.
حماية من الصدمات الكهربائية: قم بتثبيت مانعات الزنك الأكسيد بالقرب من الأجهزة الثانوية لتحديد VFTOs والصدمات الناجمة عن التحويل. استخدم أجهزة حماية من الصدمات (SPDs) على خطوط الإشارات والاتصال لتوجيه الطاقة العابرة إلى الأرض، مما يضمن نقل إشارات ضعيفة مستقر.
2.4 تعزيز تقوية الأجهزة الثانوية
حماية الأجهزة: قم بتعزيز الدعامات باستخدام الحديد الأثخن وأضف مثبتات. قم بعزل الأجهزة باستخدام دعامات مطاطية أو عازلات هزازة ثنائية المرحلة. قم بتثبيت اللوحات الدائرة بقواعد أثخن، وتجهيزات حواف، وأدوات تخفيف الصدمات. قم بتغليف المكونات الحرجة (مثل: الدوائر المتكاملة، الأجهزة المتصلة) في مواد مغلقة أو حاملات مرنة لمنع التسرب. تجنب الخطوط الطويلة والرقيقة لتقليل خطر الانكسار.
حماية البرامج: قم بتطبيق مجموعات التحقق ورموز تصحيح الأخطاء (ECC) لكشف/تصحيح تلف البيانات. أدخل تعليمات "NOP" (لا عملية) في البرامج الثابتة لتمكين التعافي من القفزات في البرنامج الناجمة عن التداخل الكهرومغناطيسي، مما يمنع الاختناقات ويحسن مرونة النظام.
3. الخلاصة
فهم شامل لكيفية تأثير عمليات فصل GIS على الأجهزة الثانوية يكشف أن استراتيجيات التخفيف الشاملة ضرورية لموثوقية الشبكة. أثناء تصميم وبناء وتشغيل أنظمة الطاقة، يجب إعطاء الأولوية للمتوافقية الكهرومغناطيسية بين GIS وأنظمة ثانوية. من خلال دمج الأمثلة الهيكلية والتغليف/التأريض القوي، والتنقية المتقدمة، وتقوية الأجهزة/البرامج، يمكن تقليل الآثار السلبية للتغيرات الناجمة عن فصل GIS، والتداخل الكهرومغناطيسي، والاهتزازات بشكل فعال - مما يضمن تسليم الطاقة بشكل أكثر أمانًا وموثوقية ومتانة.
