تحليل الأعطال ومعالجة حالات انقطاع التيار في المحولات الرئيسية الناجمة عن التشغيل بالغاز الثقيل والخفيف في المحطات الفرعية

تتناول هذه الورقة تشخيص أعطال تشوه لفات المحول الرئيسي استنادًا إلى حادث انقطاع التيار عن المحول الرئيسي في محطة فرعية حقيقية.

1. ظاهرة العطل

أثناء تشغيل المحول الرئيسي في محطة فرعية، انطلقت على التوالي آليات الحماية من الغازات الثقيلة والخفيفة في هيكل المحول، مما أدى إلى انقطاع التيار عن المفاتيح ثلاثية الجوانب الخاصة بالمعدات، وتوقف المحول الرئيسي عن العمل.

2. تشخيص الأعطال وتحليلها

تعمل محولات الطاقة باستقرار عالٍ في الظروف العادية، لكن قصر الدائرة في المخرجات يُعد أحد الأسباب الرئيسية لأعطال المحولات، حيث تُسجل سنويًّا حالات عديدة من أعطال المحولات الناجمة عن قصر الدائرة في المخرجات. عندما يتعرض المحول لعطل قصير الدائرة المفاجئ، ترتبط درجة الضرر ارتباطًا وثيقًا بحجم تيار الدائرة القصيرة وكفاءة تشغيل الحماية الترحيلية. إذا كان تيار الدائرة القصيرة صغيرًا، يمكن للحماية الترحيلية أن تعمل بسرعة لعزل العطل، مما يتسبب في أضرار طفيفة لملفات المحول. في المقابل، فإن تيار الدائرة القصيرة الكبير أو التأخير في تشغيل/حجب نظام الحماية بالمرحل سيؤثر تأثيرًا شديدًا على لفات المحول، بل وقد يؤدي إلى تلف مباشر للمعدات.

تؤدي القوة الكهروديناميكية الهائلة الناتجة عن تيار الدائرة القصيرة إلى اهتزاز ميكانيكي للمحول، مما يؤدي إلى ارتخاء هيكل تثبيت اللفات، وقد يؤدي أيضًا إلى حدوث أضرار هيكلية في اللفات مع التشغيل على المدى الطويل. ومع النمو المستمر في السعة المركبة لنظام الطاقة، تستمر سعة الدائرة القصيرة للنظام في الزيادة، مما يؤدي إلى اتجاه تصاعدي في أعطال تشوه لفات المحولات بعد حدوث دوائر قصيرة في المخرجات. ويُعد تقييم حالة المحولات وتقدير جدوى إعادة تشغيلها بعد حدوث دوائر قصيرة مفاجئة من المهام الرئيسية لاتخاذ القرارات بالنسبة لإدارات تشغيل الطاقة. ووفقًا للمعايير ذات الصلة الخاصة بالاختبارات الروتينية لمعدات الطاقة، يجب أن تخضع المحولات التي تعاني من أعطال قصر الدائرة في المخرجات لسلسلة من الاختبارات الخاصة، بما في ذلك تحليل الغازات المذابة في الزيت، واختبار مقاومة التيار المستمر للملفات، واختبار مقاومة قصر الدائرة، واختبار استجابة الملفات للتردد، بالإضافة إلى اختبار التيار والخسارة بدون حمل، وذلك للقضاء تمامًا على المخاطر المحتملة للمعدات.

في حالة العطل هذه، تم اعتماد طريقة الاستجابة الترددية وطريقة مقاومة الدائرة القصيرة لتشخيص تشوه لفائف المحولات، وذلك باستخدام نظام اختبار الاستجابة الترددية المخصص لتشوه لفائف المحولات وجهاز اختبار مقاومة الدائرة القصيرة للمحولات لإجراء الفحص في الموقع. تُظهر نتائج الاختبار أن الذروة المميزة لمنحنى استجابة تردد الملف قد تحولت نحو الترددات العالية مع زيادة ملحوظة في سعة الطيف. زادت مقاومة الدائرة القصيرة للجهد العالي والمنخفض للطور C على جانب 110 كيلو فولت بمقدار 41.3% مقارنةً ببيانات ما قبل الاختبار السابقة، وبلغ الفرق بين الطور والطور 40.9%، بينما كانت مقاومة الدائرة القصيرة للجهد المتوسط-المنخفض للمرحلة نفسها طبيعية. ووفقًا لمواصفات الكود، فإن الحد المسموح به للتباين في المفاعلة لملفات المحول الدائرية المتحدة المركز قبل وبعد تأثير تيار الدائرة القصيرة لا يتجاوز 2%. وتتجاوز بيانات الاختبار الحد القياسي بكثير، مما يؤكد حدوث تشوه شديد في اللفات في الطور C على جانب 110 كيلو فولت للمحول الرئيسي، ويجب إجراء فحص برفع غطاء المحول على الفور.

3. تدابير السلامة العامة

إيقاف التيار الكهربائي بالكامل عن المحول الرئيسي المعطل، وإجراء أعمال الصيانة أثناء انقطاع التيار والتحقق من وجود أي مخاطر خفية.

4. إجراءات معالجة الأعطال

بعد فحص غطاء المحرك، تبين أن لفائف المحول الرئيسية لم تكن ملفوفة بإحكام. فقد انزلق اللفة الخارجية من الطبقة السفلية الأولى للملف تحت تأثير القوة الكهروديناميكية الناتجة عن الدائرة القصيرة، وتلامست مع غطاء الحماية الخاص بالملف. وأثناء تشغيل الجهاز، تسبب الاهتزاز المستمر للمحول في احتكاك طويل الأمد بين لفة الملف والدرع الواقي، مما أدى في النهاية إلى تلف العزل الورقي للكابل على السطح الخارجي للفة الملف. وبالنظر إلى درجة تلف الجهاز، يُوصى بإعادة المحول الرئيسي إلى المصنع لإجراء صيانة شاملة.

5. الاستنتاجات وتوصيات التشغيل والصيانة

يُعد فحص رفع غطاء المحول أحد أعمال الصيانة التي تستهلك موارد بشرية ومادية هائلة. ولتجنب الأخطاء في تقييم الأعطال أو عدم اكتشافها، يُعد التطبيق المشترك لطريقة الاستجابة الترددية وطريقة مقاومة الدائرة القصيرة وسيلة فعالة وموثوقة لتشخيص تشوه لفات المحولات بدقة. واستنادًا إلى الخبرة المكتسبة من معالجة هذا العطل، تُقدم الاقتراحات المُحسَّنة للتشغيل والصيانة على النحو التالي: أولًا، يجب إجراء اختبارات خاصة لتشوه اللفات على جميع المحولات الرئيسية حديثة البناء والتي سيتم تشغيلها قريبًا قبل بدء التشغيل، وذلك للاحتفاظ بالبيانات المعيارية الأصلية لمقارنتها مع الحالة اللاحقة؛ ثانياً، بالنسبة للمحولات الرئيسية قيد الخدمة، يجب إجراء اختبارات منتظمة لتشوه اللفات بالاقتران مع الصيانة الروتينية والتحقيق في الأعطال لإنشاء ملفات اختبار كاملة للمعدات.

بالنسبة للمحولات التي تعاني من أعطال قصر الدائرة في المخرجات أو المناطق المجاورة لها، يجب إجراء فحص خاص للكشف عن تشوهات اللفات من أجل التقييم الدقيق لحالة اللفات والتأكد من صلاحيتها لإعادة التشغيل، حتى لو كانت نتائج الاختبارات الكهربائية التقليدية واختبارات الزيت مرضية. عند تشخيص تشوه اللفات، يجب إجراء تحليل شامل للبيانات متعددة الأبعاد، بما في ذلك إزاحة نقطة الرنين، ومعامل الارتباط، وتغير مقاومة الدائرة القصيرة، لتجنب أخطاء التقييم الناتجة عن الاعتماد على بيانات فردية. وفي الوقت نفسه، من الضروري الاستمرار في تجميع بيانات اختبار المحولات في ظل ظروف التشغيل المختلفة، وتلخيص قواعد تحديد الأعطال، وتحسين دقة تحديد أعطال تشوه اللفات، وضمان التشغيل الآمن والمستقر لمعدات شبكة الطاقة.