مناقشة موجزة حول تجديد وتطبيق الملامسات الثابتة في الفاصل الكهربائي العالي للجهد 220 كيلوفولت خارجي
يعتبر الفاصل الكهربائي هو النوع الأكثر استخدامًا من معدات التحويل ذات الجهد العالي. في أنظمة الطاقة، تُستخدم الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي بالتنسيق مع مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي لأداء عمليات التحويل. وتلعب دورًا حيويًا خلال التشغيل الطبيعي لأنظمة الطاقة وعمليات التحويل وصيانة المحطات الكهربائية. بسبب تشغيلها المتكرر ومطالبها العالية فيما يتعلق بالموثوقية، تؤثر الفواصل الكهربائية بشكل كبير على تصميم وإنشاء وتشغيل المحطات الكهربائية والمحطات الحرارية بأمان.
مبدأ العمل والهيكلة للفواصل الكهربائية نسبيًا بسيطة. الميزة الرئيسية لها هي عدم قدرتها على إطفاء القوس الكهربائي؛ حيث يمكنها فقط فتح أو إغلاق الدوائر تحت تيار لا تحميل أو تحت تيار جد ضئيل (عادة أقل من 2 أمبير). يمكن تصنيف الفواصل الكهربائية ذات الجهد العالي حسب بيئة التركيب إلى نوع خارجي ونوع داخلي. بناءً على هيكل الأعمدة العازلة الداعمة، يمكن تصنيفها إلى فواصل كهربائية ذات عمود واحد أو عمودين أو ثلاثة أعمدة.
محطة التحويل ذات الجهد 220 كيلوفولت في محطة طاقة لشركة ألومنيوم هي محطة تحويل آلية بالكامل تعمل على تخفيض الجهد وقد كانت في الخدمة لمدة تقارب 19 عامًا. وهي توفر أساسًا الطاقة الكهربائية المباشرة لخلايا الالومنيوم ذات التيار 200 كيلواط وتوفر الطاقة للإنتاج والمساعدة والسكن لمرافق الشركة الثانوية الأخرى. يستخدم الفناء الخارجي ذو الجهد 220 كيلوفولت فواصل كهربائية خارجية من نوع GW7-220 - فواصل كهربائية ذات ثلاثة أعمدة، تفتح أفقيًا، ثلاثية الأطوار، بمعدل 50 هرتز.
منذ بداية تشغيلها في عام 1998، مكنت هذه الفواصل الكهربائية الخارجية ذات الجهد العالي من نقل الخطوط الأم تحت ظروف لا تحميل وقدمت العزل الكهربائي بين المعدات غير المكهربة (مثل خطوط الأم وأجهزة قطع الدائرة تحت الصيانة) والخطوط ذات الجهد العالي المكهربة. بعد 19 سنة من الخدمة، تم ملاحظة ارتفاع درجة حرارة نقاط التلامس في الفواصل الكهربائية بشكل واسع (حيث بلغت قراءات عداد الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ما يصل إلى 150 درجة مئوية)، مما يشكل خطرًا أمنيًا خطيرًا. هذا الأمر قد يؤدي إلى حرق الفواصل الكهربائية ذات الجهد 220 كيلوفولت، مما يؤدي إلى فقدان المرحلة أو لحام نقاط التلامس أو حدوث قوس كهربائي قصير، مما قد يؤدي إلى انقطاع كامل للتيار الكهربائي وشلل النظام الكهربائي للمحطة بالكامل.
باستجابة لذلك، تم جمع البيانات وتحليل السبب الجذري، مما أدى إلى تحديد الأسباب الرئيسية لارتفاع درجة حرارة نقاط التلامس. تم تنفيذ إجراءات تحسين فعالة وتم ترويجها لتطبيق أوسع.
الهيكل ومبدأ العمل للفاصل الكهربائي الخارجي AC GW7-220 ذو الجهد العالي
يتميز هذا الفاصل الكهربائي بهيكل ثلاثي الأعمدة يعمل بطريقة الدوران الأفقي، ويتألف من قاعدة وأعمدة داعمة عازلة ونظام موصل وفاصل الأرض (باستثناء الإصدارات غير المأرضة) وآلية تشغيل. القاعدة ملحومة من قضبان الفولاذ والصفائح الفولاذية، مع ثلاثة أذرع تركيب: ذراعان ثابتان في النهايات وذراع قابل للدوران في الوسط. داخل هيكل القضبان الفولاذية يوجد روابط التحويل والألواح المرتبطة. ألواح التثبيت ملحومة تحت القاعدة لتوفير التثبيت الآمن. تتوفر القواعد في ثلاثة أنماط: غير مأرضة، مأرضة واحدة، ومأرضتان. بالنسبة للأصناف المأرضة، يتم لحام أذرع الفواصل الأرضية في أحد طرفي القاعدة أو كلاهما، ويتم تركيب الفواصل الأرضية وفقًا لمتطلبات الدائرة.
يتكون النظام الموصل من الشفرة المتحركة (سكين الموصل) والمتصالح الثابت والتي تثبت على قمم الأعمدة العازلة. تتكون الشفرة من أنبوبين نحاسيين متصلين بواسطة كتل نحاسية مع غطاء الألمنيوم، مع نقطة تلامس أسطوانية ملحومة في النهاية. يتميز المتصالح الثابت بتصميم متعدد النقاط على شكل أصابع. لكل إصبع تلامس ربيع مستقل، مما يوفر مسار سحب كافي للحفاظ على تلامس موثوق حتى تحت قوى الشد في خطوط الأم. الربيع العائد يميل المتصالح الثابت قليلًا لضمان حركة فتح وإغلاق سلسة ومنسجمة.
تشمل آلية التشغيل خيارات كهربائية ويدوية. تستخدم الآلية الكهربائية محركًا غير متزامن يحرك صندوق تخفيض سرعة ميكانيكي لإدارة العمود الرئيسي بمقدار 180 درجة. يتم نقل القوة عبر أنابيب فولاذية متصلة بالفاصل الكهربائي، وروابط تدير العمود العازل الأوسط بمقدار 71 درجة، مما يجعل نقاط التلامس المتحركة في كل نهاية من قضيب الموصل تدخل أو تخرج من المتصالح الثابت، مما يكمل عمليات الإغلاق أو الفتح. تقدم المواقع الميتة الميكانيكية في الروابط تثبيتًا ذاتيًا عند نقاط نهاية المسار. يمكن استخدام التشغيل اليدوي أثناء التشغيل الأولي أو في حالة فشل الآلية الكهربائية.
تحليل أسباب ارتفاع درجة حرارة نقاط التلامس في الفواصل الكهربائية الخارجية ذات الجهد العالي
يحتوي الفناء الخارجي ذو الجهد 220 كيلوفولت في الشركة الألومنيوم على 24 مجموعة من الفواصل الكهربائية GW7-220 تخدم خطين واردًا بجهد 220 كيلوفولت ووحدات التقويم #1-#4 ومحوّلات الطاقة #1 و #2، بإجمالي 144 نقطة تلامس ثابتة. خلال عمليات التفتيش الروتينية، يتم تقييم ارتفاع درجة الحرارة من خلال ملاحظة البريق الحراري والتغير في اللون أو قراءات الحرارة التي تتجاوز 70 درجة مئوية في نقاط التلامس. تظهر الإحصاءات أنه من يناير إلى ديسمبر 2014، كان هناك 13 انقطاعًا غير مخطط له بسبب ارتفاع درجة حرارة نقاط التلامس في الفواصل الكهربائية - بمعدل 1.08 حالة في الشهر.
كشفت الاختبارات المتكررة والتحليل الديناميكي لنقاط التلامس عن الأسباب الجذرية التالية:
يتكون كل متصالح ثابت من ستة أصابع تلامس مستقلة بهندسة تلامس نقطية، مما يؤدي إلى مساحة تلامس إجمالية غير كافية وتوزيع غير متساوٍ للتيار عبر الأصابع - وهو عيب هيكل.
تسمح المكونات المتعددة لنقطة التلامس المتحركة بتوصيل التيار عبر أرجل التلامس الربيعية، مما يؤدي إلى الترييف وفقدان المرونة وتقليل الضغط على نقطة التلامس وتدهور مقاومة التلامس، مما يزيد من التسخين.
ظروف البيئة الخارجية القاسية (الشمس، الأمطار) بالإضافة إلى اختيار المواد غير الأمثل (الفولاذ القياسي لأرجل الربيع وأصابع التلامس) أدت إلى تآكل شديد وتقدم في العمر وضعف في خصائص الربيع الميكانيكية ونقص في قوة التلامس ومقاومة الحلقة الزائدة.
تسبب تآكل القوس في تكوين حفر وأكسدة شديدة على سطوح التلامس، مما يزيد من المقاومة.
إعادة التجهيز والإصلاح الوقائي للمتصالح الثابت
ربط الأصابع المستقلة الأصلية باستخدام شريط نحاسي مرناً لزيادة المساحة الفعالة للتلامس بين التلامس المتحركة والمتصالح الثابت.
استبدل وحدّث مثبتات الشد والدبابيس لتعزيز قوة الربيع وتقوية التماس.
طبق طلاء الفضة على سطوح التماس المتحركة والسكونية.
طبق смазку твёрдую على سطوح التماس لتقليل الاحتكاك ومنع الأكسدة.
قم بتنفيذ مراقبة درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، خاصة في نقاط اتصال التماس، وإنشاء قاعدة بيانات للحرارة.
قم بإجراء صيانة وتفتيش وتنظيف دوريين للمفصلات.
التحقق من النتائج وتطبيقها
أظهرت المراقبة بعد التحديث:
تحت نفس درجة الحرارة المحيطة (17 درجة مئوية) وظروف التشغيل، انخفضت درجة حرارة التماس من حوالي 23 درجة مئوية (غير معدل) إلى حوالي 19 درجة مئوية (بعد التحديث).
أظهرت عمليات التفتيش البصري خلال الصيانة وجود عدد أقل بكثير من أماكن تلف القوس الكهربائي على التماسات المحدثة مقارنة بالتماسات غير المعدلة.
حتى تاريخ كتابة هذا النص، تم تحديث 5 وحدات لمفصلات (30 تماس ثابت). يتم تنفيذ هذه الحل التقني بشكل تدريجي على جميع مفصلات GW7-220 في محطة التحويل الخارجية ذات الجهد 220 كيلوفولت التابعة للشركة.
الخاتمة
من خلال التحليل المنظم لارتفاع درجة الحرارة الشائع في التماسات مفصلات GW7-220 الخارجية ذات الجهد العالي المتواصل، تم تطوير وتنفيذ تعديلات مستهدفة على التماسات الثابتة بنجاح. وقد أدى هذا المشروع إلى تعزيز الأمان في تزويد الطاقة والاستقرار التشغيلي بشكل كبير، كما أنه قدم خبرة قيمة لعمليات التشغيل والصيانة والخدمة المستقبلية لمفصلات GW7-220.
