تحليل المشاكل الشائعة في الوحدات الرئيسية الحلقة المعزولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت (RMUs)
مقدمة:
يتم استخدام وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت على نطاق واسع بسبب مزاياها العديدة، مثل أنها مغلقة تماماً، تتمتع بأداء عازل عالي، لا تحتاج إلى صيانة، حجمها صغير، وتتيح تركيباً مرناً ومريحاً. في هذه المرحلة، أصبحت تدريجياً نقطة رئيسية في شبكة التوزيع الحضرية ذات الحلقة الرئيسية ولعبت دوراً هاماً في نظام التوزيع الكهربائي. يمكن أن تؤثر المشاكل داخل وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بشكل كبير على الشبكة التوزيعية بأكملها. لضمان موثوقية التزويد بالكهرباء، من الضروري التعامل بجدية مع القضايا الموجودة في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت وتطبيق الإجراءات المناسبة لحلها، وبالتالي تعزيز موثوقية التزويد بالكهرباء.
1. مقدمة عن وحدات التوزيع المحمولة بالغاز متعددة الأقسام بجهد 10 كيلوفولت
سلسلة وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت (غالباً ما تسمى: وحدات التوزيع متعددة الأقسام، خزانات عازلة بالكامل) تتميز ببنية ميكانيكية مدمجة، حجم صغير، وزن خفيف، قابلية العمل في جميع الأحوال الجوية، توسعية ممتازة، تركيب موديولي خفيف ومرن، صيانة سهلة دون فك، وصيانة بسيطة. يتم تقسيم معلماتها الفنية بشكل معقول بناءً على الخصائص التصميمية والوظيفية، ويمكن تصنيفها وفقاً للحجم إلى أنواع مختلفة من الخزانات الكهربائية مثل وحدات التبديل غير المحملة تحت جهد عالٍ، وحدات المفتاح الكهربائي، وحدات التركيب بين المفتاح والموصل، وحدات اتصال الكابلات، وخزانات القياس تحت جهد عالٍ.
مصطلح "وحدة التوزيع متعددة الأقسام" يشير أساساً إلى استخدام الغازات الضارة مثل SF₆ كوسيلة عزل واتصال كهربائي رئيسية. هذا يمنحها أداء عازلاً وحماية كهربائية أفضل بكثير من الخزانات الكهربائية المعزولة بالهواء العادية. الفجوة الكهربائية في الخزانات المعزولة بالكامل تكون عادة أضيق بكثير، غالباً ما تكون أضيق بكثير، من الخزانات شبه المعزولة ذات نفس الجهد. وبالتالي، تشغل مساحة أقل. غلاف المفتاح وكل مكونات الاتصال النحاسية الحية مختومة دائماً داخل غلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ مملوء بالغاز SF₆ تحت ضغط ثابت غير متأثر بالارتفاع. وهي أيضاً مناسبة للقبور والبيئات الأخرى النسبية الرطبة والباردة. وبسبب هذه الخصائص، يتم استخدام وحدات التوزيع المحمولة بالغاز على نطاق واسع في الصناديق الفرعية للكابلات الخارجية والمحطات الفرعية المصنعة.
2. المشاكل الشائعة في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز متعددة الأقسام بجهد 10 كيلوفولت
حالياً، تشكل وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت نسبة أعلى في شبكات التوزيع الحضرية مقارنة بأنواع أخرى من وحدات التوزيع. إقليمياً، باستثناء بعض الخزانات شبه المعزولة التي تم تركيبها في وقت مبكر، فإن جميع محطات التبديل الخارجية التي تم تشغيلها بعد عام 2007 هي وحدات توزيع محمولة بالغاز. دورها الهام واضح، حيث يؤثر تشغيلها الآمن والموثوق به مباشرة على موثوقية التزويد بالكهرباء للمستخدمين. المشاكل التشغيلية والصيانة الشائعة في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت تشمل مشاكل في الأكمام والتوصيلات الكابلية، التأثيرات من البيئات التشغيلية الرطبة على الوحدة، وأخطاء خزانات الهواء SF₆.
2.1 مشاكل الأكمام والتوصيلات الكابلية
تصميم وحدات التوزيع المحمولة بالغاز متعددة الأقسام بجهد 10 كيلوفولت نشأ في الولايات المتحدة وأوروبا، حيث يتم استخدام الكابلات الأحادية الأساسية بشكل رئيسي. لذلك، تكون أقسام الكابلات في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز نسبياً منخفضة. تساعد الكابلات الأحادية الأساسية في تثبيت وتثبيت أسهل، وتتوافق نهاياتها بشكل وثيق مع أطراف الأكمام في الوحدة، مما يضمن عدم حدوث أعطال تحميل حراري وعدم تعرض الأكمام للإجهاد اللتوي.
في الصين، يتم استخدام الكابلات ثلاثية الأساسية بشكل واسع. مقارنة بالكابلات الأحادية الأساسية، يكون تركيب الكابلات ثلاثية الأساسية أكثر تعقيداً بشكل كبير. عادةً، يتم استخدام المشابك أو البراغي لتثبيت الغلاف الخارجي للكابل، مما يجعل من الصعب ضمان التثبيت المطلق لكل الثلاثة الأساسية في الوقت نفسه. بسبب طولها الأقصر وقطرها الأكبر، حتى عندما يتم توصيل وتثبيت الكابل ثلاثي الأساسية بشكل آمن، فإن اللحظات اللتوية التي تنتج تحت وزن الكابل أو أي قوة ميكانيكية مطبقة يتم نقلها مباشرة إلى الأكمام الكابلية. تشير تحليلات الأعطال الأخيرة في بعض المناطق إلى أن الأعطال الناجمة عن الاتصال غير الكافي بين الأكمام الكابلية ووحدات التوزيع ليست نادرة.
2.2 مشاكل في البيئات الرطبة
على الرغم من أن وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت مصممة للعمل في جميع الأحوال الجوية، إلا أن التعرض الطويل الأمد للبيئات الرطبة، خاصة في المناطق الساحلية، يمكن أن يؤدي إلى تآكل الجسم الخزان وغيرها من المكونات المعدنية. إذا لم يتم تأمين الألواح المانعة للتسرب على لوحة الغطاء أو عند نقطة دخول قناة الكابل بشكل محكم، يمكن أن يتسلل الرطوبة من قناة الكابل بسهولة إلى غطاء الوحدة والداخل. هذا يمكن أن يؤدي إلى تبخر كبير للماء وتشكيل تكاثف. هذا التكاثف معرض للغاية لحدوث أعطال في المؤشرات وأجهزة قياس الجهد والآليات الداخلية للتشغيل والتحكم. هذه المكونات واللوحة نفسها يمكن أن تصبح رطبة ومصدأة ومتكتلة أو متعفنة بسهولة. يمكن أن يدخل الهواء الرطب مباشرة إلى الداخل، مما يؤدي إلى تآكل كيميائي وإصدار الصدأ للجسم والقاعدة، مما يقلل بشكل كبير من عمر الخدمة للوحدة [1].
2.3 أخطاء خزانات الهواء
السبب الرئيسي لأخطاء قصر الدائرة في خزانات الهواء SF₆ هو تسرب الغاز المفاجئ داخل تجويف خزان SF₆ المغلق بسبب أسباب فيزيائية مختلفة. هذا يضعف سلامة وكثافة ختم الغاز SF₆، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث خطأ قصر الدائرة بين الأطراف المتحركة والثابتة تحت ظروف التشغيل العادية، مما يؤدي إلى حادث.
نقاط التسرب توجد في الغالب على طرفي الكابل (نهايات الكابل داخل الخزان). هذا يعود أساساً إلى تركيب الكابل غير الموحد، مما يؤدي إلى إجهاد زائد على الأطراف وتشققات عند نقطة الاتصال بين خزان الهواء وطرف الكابل، مما يؤدي إلى تسرب الغاز SF₆. وبالتالي، تعكس أخطاء خزانات الهواء أيضاً ممارسات البناء السيئة. ثانيًا، يمكن أن تسبب مشاكل في عملية التصنيع في بعض وحدات التوزيع عدم ختم كافٍ في بعض المناطق، مما يؤدي إلى التسرب.
2.4 أخطاء نهاية الكابل
حالياً، واحدة من أبرز أسباب الأعطال في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت هي الانفجار الخارجي لنهايات الكابل، الذي يحدث بسبب جودة العمل السيئة أو المواد غير القياسية المستخدمة في تصنيعها. هذا يؤدي إلى فشل الوحدة.
3. الإجراءات والتدابير الوقائية
يمكن التعامل مع المشاكل المذكورة وإيجاد حلول لها من خلال الطرق التالية:
3.1 زيادة ارتفاع قسم الكابل في وحدات التوزيع بجهد 10 كيلوفولت
لمعالجة مشكلة أقسام الكابل الضيقة والمنخفضة الارتفاع في وحدات التوزيع متعددة الأقسام، يختار معظم المصنعين زيادة ارتفاع القسم. عندما دخلت علامة تجارية أوروبية السوق الصينية، قامت بتغيير تخطيط لوحة الطرف من متدرجة إلى أفقية، تماشياً مع التفضيلات الصينية، مما يحسن استغلال مساحة قسم الكابل. أثناء التثبيت، يمكن رفع وحدة التوزيع الداخلية باستخدام قاعدة مربعية الحجم مناسبة. بالنسبة للصناديق الفرعية للكابلات الخارجية، يمكن رفع ارتفاع الأساس.
3.2 استخدام التهوية الطبيعية أو تركيب أجهزة إزالة الرطوبة
حالياً، تعد الطريقة المباشرة والفعالة والموثوقة لمنع دخول الرطوبة الضارة هي ختم قاع قسم الكابل في الوحدة باستخدام مواد بناء مقاومة للحريق ومغلقة. هذا يمنع بشكل فعال دخول الهواء الرطب الخارجي ويمنع دخول الحيوانات الصغيرة ويمنع نمو النباتات - مما يحقق فوائد متعددة. يجب استخدام معدات إزالة الرطوبة المتخصصة أو أنظمة التحكم في الرطوبة التلقائية في الوحدات الداخلية. يمكن رفع الأساس في الصناديق الفرعية للكابلات الخارجية وتوزيع عدد مناسب من الفتحات للتهوية والإشعاع الحراري حول القاعدة لتسهيل تشتت الرطوبة من خنادق/أحواض الكابلات. ومع ذلك، يجب ألا يكون هناك فتحات زائدة، ويجب النظر في تدابير لمنع مخاطر الحيوانات الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان الصندوق الفرعي للكابل يحتوي على محول الجهد (PT) والسماح بالتهوية، يمكن تركيب مكيف هواء صغير لإزالة الرطوبة.
3.3 تعزيز إدارة التشغيل والصيانة
يمكن أن تسبب أخطاء خزانات SF₆ حوادث كبيرة. لذلك، من الضروري اختيار الأجهزة ذات الجودة المستقرة، وتعزيز الإدارة أثناء البناء. تتطلب المواصفات الفنية ذات الصلة من شبكة الطاقة الجنوبية الصينية أن تكون خزانات الهواء مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك >2 مم، قادرة على تحمل الضغوط العادية والمؤقتة التي تواجه أثناء الاستخدام، ومجهزة بمقياس ضغط SF₆ ومنفذ للتعبئة. يجب على المشغلين مراقبة ضغط الخزان بشكل منتظم أثناء الصيانة الروتينية. خاصة قبل عمليات التبديل، من الضروري التأكد من أن الضغط الداخلي طبيعي لتجنب الحوادث بسبب التسرب. يجب التعامل مع أي تسربات مكتشفة على الفور.
3.4 ضمان السيطرة الصارمة على تصنيع نهاية الكابل والإدارة اليومية
لمنع فشل وحدات التوزيع بسبب نهايات الكابل المعيبة، من الضروري اختيار نهايات الكابل المؤهلة التي تلبي متطلبات الجودة بدقة. يجب على فرق التركيب الالتزام بدقة بمعايير الدولة أثناء تصنيع نهاية الكابل. يجب على مفتشي الجودة تنفيذ فحوصات قبول الجودة بصرامة لمنع وضع نهايات الكابل غير المطابقة للمعايير في الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، يجب على وحدات التشغيل والصيانة الحفاظ على سجلات دقيقة لنهايات الكابل وتصنيفها وتحليلها عند ظهور مشاكل محتملة أثناء التشغيل الروتيني. هذا يضمن الكشف الفوري عن العيوب العائلية ويمنع تكرار مشاكل الجودة والأحداث المماثلة [2].
4. الخاتمة
بسبب مزاياها العديدة، أصبحت وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت تدريجياً نقطة رئيسية في التغذية ذات الحلقة الرئيسية لشبكات التوزيع الحضرية، ولعبت دوراً حيوياً في نظام التوزيع الكهربائي. يوضح هذا المقال عدة مشاكل شائعة في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز متعددة الأقسام بجهد 10 كيلوفولت ويقترح حلولاً وتدابير وقائية متناسبة. الهدف هو تقليل معدل الأعطال في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت وتعزيز موثوقية التزويد بالكهرباء. بعد تطورها على مدى سنوات عديدة، أصبحت وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت الآن العقد الرئيسية في شبكات التوزيع الحضرية ذات الحلقة الرئيسية. تشغيلها الآمن والموثوق به يؤثر مباشرة على موثوقية التزويد بالكهرباء التي تقدمها شركات الكهرباء. في الواقع، يمكن أن تحدث أنواع مختلفة من الأعطال في وحدات التوزيع المحمولة بالغاز بجهد 10 كيلوفولت بسبب العوامل البيئية أو مشاكل الجودة، مما يؤدي إلى انخفاض في موثوقية التزويد بالكهرباء.
