مناقشة موجزة حول قضايا تحويل أجهزة إعادة الإغلاق إلى مقاطع دوائر خارجية بالفراغ للاستخدام

إن تحويل شبكة الكهرباء الريفية يؤدي دورًا مهمًا في تقليل تعريفة الكهرباء في المناطق الريفية وتسريع التنمية الاقتصادية الريفية. حديثًا، شارك المؤلف في تصميم عدة مشاريع صغيرة لتحويل شبكة الكهرباء الريفية أو محطات فرعية تقليدية. في المحطات الفرعية لشبكة الكهرباء الريفية، غالبًا ما تتبنى الأنظمة التقليدية 10 كيلوفولت مقفلات دوائر فراغية آلية خارجية بجهد 10 كيلوفولت.

لتوفير الاستثمار، اعتمدنا في عملية التحويل حلًا يتمثل في إزالة وحدة التحكم الخاصة بالمقفل الدائري الفراغي الخارجي 10 كيلوفولت وإعادة تحويله إلى قاطع دائرة فراغي خارجي. ويثير هذا السؤال حول كيفية تعديل دوائر الحماية والتحكم لتضمينها في نظام رقابة متكامل يستند إلى الحاسوب الميكروي. سيتم توضيح هذه المسألة وحلولها المقابلة أدناه بشكل أعمق.

1. المبادئ الأساسية للمقفل الدائري الفراغي الخارجي الآلي 10 كيلوفولت

يجمع المقفل الدائري الفراغي الخارجي 10 كيلوفولت بين وظائف التشغيل، والتحكم، والحماية، والرصد في وحدة واحدة. وهو جهاز ذكي مفضّل لأتمتة التوزيع، ويمكنه تنفيذ عمليات الفتح والإغلاق تلقائيًا على خطوط التيار المتردد وفق تسلسل محدد مسبقًا، ثم إعادة الضبط تلقائيًا أو القفل. ويتميز بوظائف تحكم وحماية ذاتية (لا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي). منذ تقديمه في الصين، تم استخدامه على نطاق واسع في شبكات التوزيع الحضرية والمحطات الفرعية الريفية نظرًا لمزاياه الفريدة.

يتكون المقفل الدائري الفراغي الخارجي 10 كيلوفولت من جزأين: جسم المقفل الرئيسي ووحدة المتحكم. واعتمادًا على طريقة تزويد الطاقة للتحكم، تأتي وحدة التحكم عادةً بثلاثة تكوينات:

• استخدام تيار متناوب 220 فولت مباشرة كطاقة تشغيل وطاقة إغلاق لوحدة التحكم؛

• تحويل التيار المتناوب 220 فولت إلى تيار مستمر منظم 220 فولت لتشغيل وغلق الطاقة؛

• تشغيل وحدة التحكم بواسطة بطارية ليثيوم داخلية.

يُزوَّد جسم المقفل بمحولات تيار من نوع العازل (CTs) لكشف تيار الخط. تُنقل القيم المقاسة من كل طور بشكل منفصل إلى وحدة التحكم. وبعد تأكيد وجود تيار عطل وبعد تأخير زمني محدد مسبقًا، يقوم المقفل بأداء عمليات الفتح والإغلاق تلقائيًا وفق تسلسل محدد. عندما يحدث عطل عابر في النظام، تستعيد وظيفة الإغلاق التلقائي تزويد الطاقة تلقائيًا.

إذا كان العطل دائمًا، يعمل المقفل وفق تسلسله المحدد مسبقًا. وبعد إكمال عدد محاولات الإغلاق المحددة (عادةً ثلاث مرات)، يؤكد أن العطل دائم. ثم يقوم المقسّم بعزل الفرع المعطوب واستعادة التغذية في الأقسام غير المعطوبة. يتطلب الأمر تدخلًا يدويًا لإزالة العطل وإعادة ضبط حالة القفل للمقفل ليعود إلى التشغيل الطبيعي. عند استخدامه بالتنسيق مع المقسّمات والقواطع الجزئية، يمكن للمقفل التخلص من الأعطال العابرة وعزل مواقع الأعطال الدائمة بفعالية، مما يقلل من مدة الانقطاع ومنطقة التأثر به.

2. طرق تعديل وحدة التحكم في المقفل الدائري الفراغي الخارجي الآلي 10 كيلوفولت

للحد من تكاليف الاستثمار، نفذنا في عملية التحويل حلًا يتمثل في إزالة وحدة التحكم الخاصة بالمقفل الدائري الفراغي الخارجي الآلي 10 كيلوفولت وإعادة استخدام الجهاز كقاطع دائرة فراغي خارجي. بعد اعتماد المحطة الفرعية لنظام أتمتة متكامل، يجب تعطيل وظائف الحماية والرصد الخاصة بالمقفل. ومع ذلك، يجب توصيل إشارات التيار من جسم المقفل ودوائر الفتح/الإغلاق للقاطع إلى وحدة الحماية والرصد 10 كيلوفولت التابعة للنظام الآلي المتكامل. التعديلات المحددة هي كما يلي:

تعطيل وظائف الحماية والكشف الخاصة بالمقفل عن طريق فصل مصدر طاقة وحدة التحكم ودوائر الخرج عند لوحة الطرف.

تُوجَّه إشارات التيار من جسم المقفل عادةً عبر لوحة طرف وحدة التحكم إلى وحدة الحماية والرصد 10 كيلوفولت. يجب فصل الأسلاك من لوحة الطرف إلى وحدة التحكم الأصلية لتجنب الدوائر المتوازية. أو يمكن توصيل الجانب الثانوي لمحولات التيار (CTs) على جسم المقفل مباشرة بوحدة الحماية والرصد 10 كيلوفولت.

عادةً تكون طاقة التحكم لوحدة الحماية والرصد المتكاملة 10 كيلوفولت تيارًا مستمرًا 220 فولت أو 110 فولت. وبالنظر إلى التكوينات الثلاثة الأصلية لطاقة وحدة التحكم، فإن أساليب التعديل هي كما يلي:

• التكوين الأصلي: تيار متناوب 220 فولت لكل من طاقة التشغيل وطاقة الإغلاق
  → استبدال ملف الفتح/الإغلاق بإصدار تيار مستمر 220 فولت أو 110 فولت. إذا كانت الآلية تستخدم محرك شحن زنبركي غير متوافق مع التيار المتناوب والمستمر معًا، فيجب أيضًا استبداله.

• التكوين الأصلي: تحويل التيار المتناوب 220 فولت إلى تيار مستمر منظم 220 فولت
  → فصل مصدر الطاقة من وحدة التحكم عن دوائر الفتح/الإغلاق وتغذيتها مباشرة من وحدة الحماية والرصد المتكاملة 10 كيلوفولت. يجب ضبط طاقة التحكم في المحطة على تيار مستمر 220 فولت.

• التكوين الأصلي: تشغيل وحدة التحكم بواسطة بطارية ليثيوم داخلية
  → في هذه الحالة، عادةً ما يستخدم الدائرة التحكمية تيارًا مستمرًا 36 فولت أو 12 فولت، بينما تستخدم دوائر الفتح/الإغلاق تيارًا متناوبًا 220 فولت. أثناء التعديل، يجب استبدال ملفات الفتح/الإغلاق. يجب توصيل أطراف الملفات على التوالي مع نقاط التلامس المساعدة للقاطع وربطها مباشرة بلوحة الطرف. يجب أيضًا استبدال أي محرك شحن زنبركي غير مصنف للعمل مع التيار المتناوب والمستمر معًا.

نظرًا لأن بنية وحدة التحكم مدمجة، عند اختيار ملفات الفتح/الإغلاق ومحركات الشحن البديلة، يجب تفضيل المنتجات التي تكون أبعادها مطابقة تمامًا للأصلية. والأهم هو أن يكون للأسلاك الجديدة أي اتصال على الإطلاق مع دوائر وحدة التحكم الأصلية لمنع الحلقات المتوازية.

3. الاستنتاج

أثناء تحويل شبكة الكهرباء الريفية، قد تنشأ تحديات عند ترقية المعدات الحالية للعمل مع أنظمة الأتمتة الجديدة. ولكن طالما تم تطوير حلول مناسبة لهذه القضايا، يمكن تحقيق توفير في التكاليف مع تحقيق أهداف المشروع.

ملاحظة: كانت هذه الطريقة التحديثية شائعة نسبياً في تطوير شبكات الكهرباء الريفية المبكرة (مثل، قبل عام 2010) أو خلال إزالة المعدات القديمة. في شبكات الكهرباء الريفية الحالية، يتم استخدام الأجهزة الذكية الجديدة أو قواطع الدائرة ذات الفراغ المخصصة بشكل أكثر شيوعًا.