كيفية اختيار الوحدة المدمجة المناسبة لحماية المحولات الكهربائية

مقدمة

تتطلب حماية المحولات في أنظمة توزيع الطاقة ذات الجهد المتوسط بنية جهاز تبديل تلبي ثلاثة متطلبات هندسية تتجاذبها ثلاثة متطلبات هندسية في نفس الوقت: انقطاع الأعطال الموثوق به عبر النطاق الكامل لتيارات أعطال المحولات، والتبديل الآمن للحمل لعمليات التنشيط وإلغاء التنشيط العادية، والقدرة على العزل المرئي للوصول إلى الصيانة - كل ذلك ضمن القيود المادية للوحة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط والقيود الاقتصادية لميزانية رأس مال ترقية الشبكة. توجد الوحدة المركبة - وهي عبارة عن تجميع متكامل لمفتاح فصل الحمل الداخلي، وصمامات الجهد العالي، ومفتاح التأريض - على وجه التحديد لأنه لا يوجد جهاز تحويل واحد يلبي جميع المتطلبات الثلاثة في وقت واحد. إن اختيار الوحدة المجمعة المناسبة لحماية المحولات ليس عملية اختيار كتالوج: إنه قرار هندسي رباعي المعلمات يتطلب تحديد القدرة المقدرة للمحولات، ومستوى خطأ النظام، وفلسفة تنسيق الحماية، وتوقعات تحميل ترقية الشبكة قبل أن يمكن كتابة مواصفات الوحدة المجمعة. بالنسبة لمهندسي ترقية الشبكة ومصممي المحطات الفرعية ومديري المشتريات الذين يحددون معدات حماية المحولات، يقدم دليل الاختيار هذا الإطار الفني الكامل - بدءًا من أساس معايير IEC لتصميم وحدة التوليفة من خلال تقييم التطبيق خطوة بخطوة الذي يحدد المعلمات المقدرة الصحيحة لكل موضع حماية محول.

جدول المحتويات

• ما هي الوحدة المركبة وكيف تلبي بنيتها متطلبات حماية محولات الجهد المتوسط؟
• كيف تتفاعل المكونات الأساسية الثلاثة للوحدة المدمجة لحماية محولات الجهد المتوسط؟
• كيف تختار معلمات وحدة الدمج الصحيحة لكل تطبيق من تطبيقات حماية المحولات؟
• ما هي اعتبارات دورة الحياة وترقية الشبكة التي تحدد موثوقية الوحدة المركبة على المدى الطويل؟

ما هي الوحدة المركبة وكيف تلبي بنيتها متطلبات حماية محولات الجهد المتوسط؟

الوحدة المجمعة ذات الجهد المتوسط هي عبارة عن جهاز تبديل تم تجميعه في المصنع واختبار نوعه، وهو عبارة عن جهاز تبديل تم اختباره في المصنع، يدمج ثلاثة مكونات متميزة وظيفيًا في وحدة واحدة مثبتة على لوحة واحدة: مفتاح فصل الحمل الداخلي (LBS) لتبديل الحمل العادي والعزل، ومجموعة من الصمامات التي تحد من التيار الكهربائي العالي الجهد للحماية من التيار الزائد والدائرة القصيرة، ومفتاح تأريض لسلامة الأفراد أثناء الصيانة. إن دمج هذه المكونات الثلاثة في مجموعة واحدة تم اختبارها هو السمة المميزة التي تميز الوحدة المركبة عن مجموعة من الأجهزة المحددة بشكل فردي - يتحقق اختبار النوع من صحة التفاعل بين المكونات في ظل ظروف الأعطال، وليس فقط الأداء الفردي لكل عنصر.

لماذا تحتاج حماية المحولات إلى المكونات الثلاثة جميعها

تمتد حماية المحولات في أنظمة الجهد المتوسط على نطاق تيار العطل الذي لا يمكن لأي جهاز تبديل واحد التعامل معه بشكل موثوق عبر مداه الكامل:

• نطاق تيار الحمل (التشغيل العادي): 10-100% من تيار المحول المقنن - يتم التعامل معه بواسطة LBS الداخلي، الذي يصنع تيار الحمل ويفصله أثناء التنشيط وإلغاء التنشيط العادي
• نطاق الحمل الزائد (110-600% من التيار المقنن): الحمل الزائد الحراري والأعطال الطفيفة - يتم التعامل معها بواسطة الصمامات ذات الجهد العالي التي توفر حماية التيار الزائد العكسي الزمني¹ منسقة مع منحنى الصمود الحراري للمحول
• نطاق الدائرة القصيرة (600-40,000% من التيار المقنن): الأعطال الداخلية للمحول والأعطال الخارجية المثبتة بمسامير - يتم التعامل معها بواسطة الصمامات المحددة للتيار العالي الجهد، والتي تقطع تيارات الأعطال حتى قدرة الانكسار المقدرة خلال نصف الدورة الأولى، مما يحد من الطاقة المسموح بها إلى مستويات يمكن للمحول ومجموعة المفاتيح الكهربائية تحملها

يوفر مفتاح التأريض وظيفة التأريض الآمن التي لا يمكن لمفتاح التأريض LBS أو الصمامات تلبيتها - تأكيد فصل الطاقة عن الدائرة وحماية موظفي الصيانة الذين يعملون على المحول أو المعدات النهائية.

معايير IEC التي تحكم تصميم الوحدة المركبة واختبارها

قياسي	النطاق	المتطلبات الرئيسية للوحدات المدمجة
IEC 62271-1052	مجموعات مفاتيح التيار المتناوب - الصمامات الكهربائية المتناوبة	اختبار النوع لتفاعل صمامات LBS-صمامات LBS، تشغيل دبوس المهاجم, نقل التنسيق الحالي3
IEC 62271-103	مفاتيح كسر التحميل	التيار العادي المقدر لتيار LBS، وتحمل تبديل الحمل، وأداء إخماد القوس الكهربائي
IEC 60282-1	صمامات الجهد العالي	الجهد المقنن للصمامات المحدِّدة للتيار وسعة الانكسار وخصائص التيار الزمني
IEC 62271-102	مفاتيح التأريض	تصنيف صنع الأعطال، والتحمل الميكانيكي، ومتطلبات التشابك
IEC 62271-200	مجموعة المفاتيح الكهربائية المعدنية المغلقة	تكامل الألواح، تصنيف القوس الداخلي، مخطط التشابك

متطلبات IEC 62271-105 الحرجة: يجب أن يتحقق اختبار نوع الوحدة المركبة من أنه عندما يعمل الصمام في ظروف العطل، فإن آلية دبوس القاطع تقوم بقطع الصمام LBS بشكل موثوق لفتح جميع المراحل الثلاث في وقت واحد - مما يمنع حالة التنشيط الخطرة أحادية الطور أو ثنائية الطور التي قد تحدث إذا ظل الصمام LBS مغلقًا بعد تشغيل الصمام أحادي الطور.

متغيرات بنية الوحدة المدمجة

الهندسة المعمارية	المكونات	التطبيق	التقييد
LBS + فتيل (بدون مفتاح تأريض)	صمامات LBS، الصمامات ذات الجهد العالي	منشآت محدودة المساحة ومنخفضة التردد في الصيانة	لا يوجد تأريض مدمج - يلزم توفير تأريض منفصل
LBS + فتيل + مفتاح تأريض + مفتاح تأريض	صمامات LBS، صمامات الجهد العالي، مفتاح التأريض	حماية المحولات القياسية - الأكثر شيوعًا	البصمة القياسية
LBS + صمامات + مفتاح تأريض + مانع زيادة التيار الكهربائي	صمامات الجهد المنخفض، وصمامات الجهد العالي، ومفتاح التأريض، ومانع الجهد المنخفض	المحولات المغذية للخطوط العلوية، والتعرض للصواعق	بصمة أكبر
محرك LBS + مصهر + مفتاح تأريض + مفتاح تأريض	محرك محرك LBS، صمامات الجهد العالي، مفتاح التأريض	محطات فرعية مدمجة في شبكة SCADA مدمجة في الشبكة الفرعية	يتطلب طاقة إضافية

كيف تتفاعل المكونات الأساسية الثلاثة للوحدة المدمجة لحماية محولات الجهد المتوسط؟

لا يعتمد أداء الحماية للوحدة المدمجة على التصنيفات الفردية لمكوناتها الثلاثة ولكن على التفاعل المنسق بينها - وتحديدًا التنسيق بين خاصية التيار الزمني للصمامات ذات الجهد العالي وتيار المحولات ومقاطع تيار العطل، والنقل الموثوق لطاقة دبوس مهاجم الصمامات إلى آلية رحلة LBS.

المكوِّن 1: محول الأحمال الداخلي - تبديل الأحمال والعزل

يؤدي نظام LBS الداخلي في وحدة مركبة ثلاث وظائف متميزة خلال دورة حياة حماية المحولات:

مهمة التحويل العادية: يصنع ويفصل تيار مغنطة المحولات وتيار الحمل الكامل أثناء التنشيط وإلغاء التنشيط. يكون تيار مغنطة المحول الممغنط المتدفق - عادةً ما يكون 8-12× تيار المحول المقنن للدورة الأولى - ضمن قدرة LBS المقدرة على صنع التيار ولكن يجب عدم الخلط بينه وبين تيار العطل. لم يتم تصنيف LBS لقطع تيار العطل؛ هذه الوظيفة تنتمي حصريًا إلى الصمامات ذات الجهد العالي.

استقبال رحلة الدبوس المهاجم: عندما يعمل صمام الجهد العالي في ظروف العطل، يطلق دبوس القاطع الطاقة الميكانيكية المخزنة التي تشغل آلية رحلة LBS، مما يؤدي إلى فتح جميع المراحل الثلاث خلال وقت الفتح المقدر لـ LBS (عادةً 30-60 مللي ثانية). هذا الفتح ثلاثي الأطوار إلزامي - تخلق حالة الفتح أحادي الطور على مغذي المحولات حالة من عدم الاتزان الخطير للجهد واحتمال حدوث خلل في الجهد الكهربائي واحتمال حدوث خلل في الترددات.

وظيفة العزل: بعد فتح LBS - سواءً عن طريق التبديل العادي أو رحلة دبوس المهاجم - فإنه يوفر فجوة العزل المرئية المطلوبة بموجب المواصفة القياسية IEC 62271-102 للوصول إلى المحول لأغراض الصيانة. لا يمكن غلق مفتاح التأريض إلا بعد التأكد من فتح LBS، وهو ما يفرضه التشابك الميكانيكي بين الجهازين.

المكون 2: الصمامات المحددة للتيار الكهربي عالي الجهد - انقطاع العطل

المصهر المحدد للتيار عالي الجهد هو عنصر انقطاع العطل في وحدة التوليفة. ويحكم اختياره حدان يحددان تصنيف الصمامات الصحيح لكل تطبيق من تطبيقات المحولات:

الحد الأدنى - الحد الأدنى لتيار الانكسار ($I_{دقيقة}$):
يجب أن يعمل المصهر بشكل موثوق به لجميع تيارات الأعطال التي تزيد عن الحد الأدنى لتيار الانكسار. بالنسبة لحماية المحولات، يتم تعيين هذا الحد من خلال تيار العطل الثانوي للمحول المنعكس على التيار الأساسي:

$I_{min_primary} = \frac{I_{fault_secondary}}{n_{transformer}} \times \frac{1}{Z_{transformer}}$

يجب أن يكون الحد الأدنى لتيار كسر الصمامات أقل من هذه القيمة - مما يضمن أن الأعطال الداخلية للمحول تولد تيارًا أوليًا كافيًا لتشغيل الصمام.

الحد الأعلى - الحد الأعلى - الحد الأقصى لتيار الانكسار ($I_{ماكس}$):
يجب أن يقاطع المصهر تيارات العطل حتى تيار العطل المحتمل للنظام عند نقطة التركيب دون تجاوز حدود الطاقة المسموح بها للمحول ومجموعة المفاتيح الكهربائية. تقاطع الصمامات المحدِّدة للتيار خلال نصف الدورة الأولى، مما يحد من ذروة التيار المسموح به إلى:

$I_{المرور} = k \times \sqrt{I_{fault_prospective}}$

المكان $k$ هو المصهر العامل المحدِّد للتيار⁴ (عادةً 2.0 إلى 3.5 للصمامات القياسية المحدِّدة للتيار العالي الجهد العالي).

تنسيق تدفق المحولات: يجب ألا تعمل خاصية التيار الزمني للصمامات أثناء تدفق تيار المحول أثناء تنشيط المحول. وفيما يلي خصائص تيار التدفق الداخلي:

$i_{INrush}(t) = I_{inrush_peak} \times e ^^{-t/\tau}$

المكان $I_{INrush_peak}$ عادة ما يكون 8-12×× التيار المقنن للمحول و $\تاو$ هو ثابت زمن اضمحلال التدفق (عادة ما يكون 0.1-0.5 ثانية لمحولات التوزيع). يجب أن يكون للصمّام حد أدنى لزمن الانصهار يتجاوز مدة الاندفاع عند مقدار تيار الاندفاع - وهو شرط تنسيق يحدد الحد الأدنى لتصنيف الصمامات لكل حجم محول.

المكون 3: مفتاح التأريض - التأريض الآمن للأفراد

مفتاح التأريض في الوحدة المدمجة متشابك ميكانيكيًا مع مفتاح التأريض المنخفض من خلال وصلة ميكانيكية مباشرة - لا يمكن إغلاق مفتاح التأريض ما لم يكن مفتاح التأريض المنخفض في وضع الفتح الكامل، ولا يمكن إغلاق مفتاح التأريض المنخفض أثناء وجود مفتاح التأريض في وضع الإغلاق. هذا التعشيق هو قيد ميكانيكي مادي وليس تعشيقاً كهربائياً - فهو يعمل بشكل مستقل عن الطاقة المساعدة ولا يمكن إبطاله بفشل دائرة التحكم.

تصنيف صنع الأعطال لمفاتيح تأريض حماية المحولات:

يجب أن يكون مفتاح التأريض في وحدة حماية المحولات المدمجة مصنّفًا لـ قدرة E1 على إحداث أخطاء E1⁵ (IEC 62271-102) - وليس E0. والسبب هو التغذية العكسية للملف الثلاثي للمحول: حتى مع فتح مفتاح التأريض المنخفض الأساسي وصمام الجهد العالي سليم، يمكن للمحول المزود بملف ثلاثي متصل بقضيب توصيل مباشر أن يحافظ على الجهد على الملف الأساسي من خلال الاقتران الكهرومغناطيسي. سوف يتم تدمير مفتاح التأريض E0 المغلق على هذا الجهد المغذي الخلفي. يتم تصنيف مفتاح التأريض E1 على حالة العطل هذه والبقاء على قيد الحياة.

حالة العميل التي توضح نتيجة التمييز بين E0/E1: اتصل أحد مهندسي مشروع ترقية الشبكة في أحد مرافق التوزيع في الفلبين بشركة Bepto بعد تعطل مفتاح التأريض أثناء تسلسل تبديل صيانة المحولات في محطة فرعية بجهد 33 كيلو فولت. وقد تم تزويد الوحدة المدمجة بمفتاح تأريض E0 - الذي حدده مقاول الهندسة والمشتريات والبناء دون تقييم مخاطر التغذية العكسية الثلاثية. عندما تم إغلاق مفتاح التأريض بعد فتح LBS، حافظ مفتاح التأريض على لف المحول الثالث (المتصل بقضيب توصيل مباشر بجهد 11 كيلو فولت) على جهد 33 كيلو فولت على المحول الرئيسي من خلال إجراء المحول الذاتي. تم تدمير مجموعة تلامس مفتاح التأريض E0 عند الإغلاق. قامت شركة Bepto بتوريد وحدات تجميع بديلة مصنفة E1 لجميع مواضع مغذيات المحولات الستة في المحطة الفرعية وقدمت نموذجًا لتقييم مخاطر التغذية العكسية الثلاثية للمواصفات القياسية للمرافق.

كيف تختار معلمات وحدة الدمج الصحيحة لكل تطبيق من تطبيقات حماية المحولات؟

يتبع اختيار معلمة وحدة الدمج تقييمًا متسلسلًا من خمس خطوات - كل خطوة تحل مجموعة معلمات واحدة قبل تقييم الخطوة التالية. ينتج عن تخطي الخطوات أو حل المعلمات خارج التسلسل مواصفات تبدو كاملة ولكنها تحتوي على إخفاقات خفية في التنسيق.

الخطوة 1: تحديد معلمات تقييم المحول

اجمع بيانات المحولات التالية قبل البدء في اختيار الوحدة المركبة:

• الطاقة المقدرة (كيلو فولت أمبير أو ميجا فولت أمبير)
• الجهد المقنن الأساسي (كيلو فولت)
• التيار المقنن الأساسي (A): $I_{مُقَدَّر} = \\frac{S_{S_{مُقَدَّر}}{{sqrt{3}} \أضعاف U_{{الرئيسي}}}$
• معاوقة المحول (% على قاعدة مصنفة MVA)
• مجموعة المتجهات (Dyn11، Yyn0، إلخ) - تحدد مخاطر التغذية العكسية الثلاثية
• مضاعف التيار الداخل (× التيار المقنن) وثابت زمن التضاؤل (بالثواني)
• منحنى الصمود الحراري - مطلوب للتحقق من تنسيق الصمامات

الخطوة 2: تحديد مستوى خطأ النظام في نقطة التركيب

يحدد تيار العطل المحتمل للنظام عند نقطة تركيب الوحدة المركبة:

• تيار الصمامات المنخفضة الجهد المنخفض المطلوب الذي يتحمل التيار لفترة قصيرة (Ik) - يجب أن يتحمل الصمام المنخفض الجهد المنخفض تيار العطل حتى يزول المصهر ذو الجهد العالي
• يجب أن تتجاوز قدرة الكسر القصوى المطلوبة للصمامات ذات الجهد العالي - يجب أن تتجاوز تيار العطل المحتمل للنظام
• يجب أن يتطابق مفتاح التأريض المطلوب لمفتاح التأريض المقنن لتيار الصمود لوقت قصير - يجب أن يتطابق مع تصنيف LBS أو يتجاوزه

حساب تيار العطل في النظام:

$I_{الخطأ} = \frac{U_{{النظام}}{ \sqrt{3}} \times Z_{total}}}$

المكان $Z{الإجمالي}$ تشمل معاوقة المصدر ومقاومة المحول ومقاومة الكابل إلى نقطة تركيب الوحدة المركبة. بالنسبة لمشاريع ترقية الشبكة، استخدم مستوى العطل بعد الترقية - تزيد ترقيات الشبكة التي تزيد من سعة المصدر من مستويات العطل في جميع نقاط المصب.

الخطوة 3: حدد تصنيف الصمامات ذات الجهد العالي

تصنيف الصمامات ذات الجهد العالي هو الاختيار الأكثر تطلبًا من الناحية الفنية في مواصفات الوحدة المركبة - يجب أن يفي بأربعة قيود في نفس الوقت:

القيد	المتطلبات	طريقة التحقق
الحد الأدنى لتيار القطع	أقل من تيار العطل الابتدائي للمحول لأدنى حد أدنى من العطل الثانوي	حساب معاوقة المحول
تنسيق التدفق الداخلي	الحد الأدنى لزمن الانصهار > مدة الاندفاع عند تيار الاندفاع	تراكب منحنى الوقت-التيار الزمني
الحماية من التحميل الزائد	يعمل الصمام قبل التلف الحراري للمحول عند الحمل الزائد 150-200%	تراكب منحنى التحمل الحراري للمحول الحراري
قدرة الكسر القصوى	تيار العطل المحتمل فوق النظام أعلاه	دراسة مستوى خطأ النظام

جدول اختيار تصنيف الصمامات القياسية لأحجام المحولات الشائعة:

تصنيف المحول	الجهد الأساسي	التيار المقنن للمحول	تصنيف الصمامات الموصى به	فحص تنسيق التدفق الداخلي
315 كيلو فولت أمبير	11 كيلو فولت	16.5 A	25 A	تحقق عند تصنيف 8×8، 0.1 ثانية
630 كيلو فولت أمبير	11 كيلو فولت	33 A	50 A	تحقق عند تصنيف 10 × 10 ×، 0.1 ثانية
1,000 كيلو فولت أمبير	11 كيلو فولت	52.5 A	80 A	تحقق عند تصنيف 10 × 10 ×، 0.15 ثانية
1,600 كيلو فولت أمبير	11 كيلو فولت	84 A	125 A	تحقق عند تصنيف 12×12×، 0.2 ثانية
2,000 كيلو فولت أمبير	33 كيلو فولت	35 A	50 A	تحقق عند تصنيف 10 × 10 ×، 0.15 ثانية
5,000 كيلو فولت أمبير	33 كيلو فولت	87.5 A	125 A	تحقق عند تصنيف 12×12×، 0.2 ثانية

ملاحظة نقدية: هذه هي توصيات نقطة البداية - يجب التحقق من كل اختيار للصمامات مقابل خاصية التيار الزمني للمحول المحدد ومستوى العطل المحدد للنظام. جداول تصنيف الصمامات العامة ليست بديلاً عن دراسة التنسيق.

الخطوة 4: حدد معلمات تصنيف LBS

مع تحديد تصنيف الصمامات، يتم تحديد معلمات LBS من خلال:

• التيار العادي المقدر: ≥ 1.25 × التيار المقنن الأساسي للمحول الأساسي - يوفر هامش 25% لزيادة الحمل وزيادة تحميل ترقية الشبكة
• تيار الصمود لوقت قصير المقدر (Ik): ≥ تيار العطل المحتمل للنظام عند نقطة التركيب - يجب أن تتحمل صمامات الصمامات المحدودة التيار أثناء فترة ما قبل الصمامات قبل القوس والقوس (عادةً 20-50 مللي ثانية للصمامات المحدودة التيار)
• تصنيف صنع التيار (Ip): ≥ 2.5 × Ik (نسبة X/R القياسية) - يجب أن تقوم LBS بعمل تدفق المحول دون ارتداد التلامس
• فئة التحمل الميكانيكي: M1 (1,000 عملية) لمغذيات المحولات القياسية التي تحتوي على أقل من عمليتي تبديل في الأسبوع؛ M2 (2,000 عملية) للمغذيات التي يتم تبديلها بشكل متكرر

الخطوة 5: التحقق من تصنيف مفاتيح التأريض والتشابك

• فئة صناعة الأخطاء: E1 إلزامي لجميع مواضع مغذيات المحولات - E0 غير مقبول في حالة وجود مخاطر تغذية مرتدة من الدرجة الثالثة
• تصنيف الصمود لوقت قصير: يجب أن يتطابق مع تصنيف LBS Ik - يجب أن يتحمل مفتاح التأريض أي تيار عطل يظهر بعد الإغلاق على دائرة تغذية خلفية
• تشابك ميكانيكي: تحقق من أن التعشيق بين مفاتيح التبديل بين محول الأذن والأذن هو ربط ميكانيكي مباشر - وليس تعشيقًا كهربائيًا يمكن إبطاله بفقدان إمدادات التحكم
• توفير القفل: تأكد من أن قفل مفتاح التأريض يستوعب قفلًا متعدد الأقفال بستة أقفال كحد أدنى لفرق الصيانة المتعددة الأشخاص

جدول ملخص الاختيار الكامل

معلمة الاختيار	مصدر البيانات	الحساب/المعيار	قيمة المواصفات
الجهد المقنن LBS	جهد النظام	≥ الحد الأقصى لجهد النظام أم	السجل
التيار العادي المقدر لـ LBS	تيار المحول المقنن للتيار	≥ 1.25 × التيار المقنن للتيار الأساسي للمحول ≥ 1.25 × التيار المقنن للتيار الأساسي	السجل
صنف LBS Ik	دراسة مستوى خطأ النظام	≥ تيار العطل المحتمل عند التركيب	السجل
الجهد المقنن للصمامات ذات الجهد العالي	جهد النظام	= الجهد المقنن = LBS	السجل
التيار المقنن للصمامات ذات الجهد العالي	تصنيف المحول + تنسيق التدفق الداخلي	وفقًا لجدول الخطوة 3 + دراسة التنسيق	السجل
قدرة كسر الصمامات ذات الجهد العالي	مستوى خطأ النظام	≥ تيار العطل المحتمل	السجل
فئة صنع مفاتيح التأريض التي تصنع الأعطال	تقييم مخاطر التغذية العكسية الثلاثية	E1 إلزامي لمغذيات المحولات الكهربائية	E1
مفتاح التأريض Ik	LBS Ik	= LBS مصنفة Ik	السجل
تنسيق دبوس الضارب	اختبار النوع IEC 62271-105 IEC 62271-105	مطلوب شهادة اختبار نوع المصنع	تحقق

توضح حالة العميل الثاني قيمة عملية الاختيار الكاملة لعملية الاختيار. كان أحد مهندسي تصميم المحطات الفرعية في أحد مقاولي الهندسة والمشتريات والبناء في جنوب شرق آسيا يحدد وحدات مركبة لمحطة فرعية لترقية الشبكة ذات 12 موقعًا بجهد 33 كيلو فولت أمبير تخدم مزيجًا من محولات التوزيع بقدرة 2,000 كيلو فولت أمبير و5,000 كيلو فولت أمبير. وكانت المواصفات الأولية قد اختارت نوع وحدة مركبة واحدة لجميع المواضع الـ 12 - صمامات 125 أمبير في جميع المواضع، استنادًا إلى أكبر محول. قام فريق Bepto الفني بإجراء عملية الاختيار المكونة من خمس خطوات لكل موضع: المواضع الستة للمحولات سعة 2,000 كيلو فولت أمبير تتطلب صمامات 50 أمبير (وليس 125 أمبير) - لن تعمل صمامات 125 أمبير للأعطال الداخلية للمحول التي تولد أقل من 401 تيرابايت 3 تيرا من تيار العطل المقدر على وحدات 2,000 كيلو فولت أمبير، مما يترك فجوة حماية للأعطال الداخلية عالية المقاومة. أضافت المواصفات المتباينة - 50 أمبير صمامات 50 أمبير لوحدات 2000 كيلو فولت أمبير، و125 أمبير لوحدات 5000 كيلو فولت أمبير - تكلفة صفرية (الصمامات الأصغر أقل تكلفة) مع التخلص من فجوة الحماية التي أحدثها التقييم الزائد الموحد.

ما هي اعتبارات دورة الحياة وترقية الشبكة التي تحدد موثوقية الوحدة المركبة على المدى الطويل؟

تأثير تحميل ترقية الشبكة على معلمات الوحدة المركبة

إن مشاريع ترقية الشبكة التي تزيد من تحميل المحولات أو تستبدل المحولات بوحدات ذات تصنيف أعلى تغير نقطة تشغيل كل وحدة مركبة في ممر التغذية المتأثر. معلمات الوحدة المركبة التي تتطلب إعادة التحقق بعد ترقية الشبكة هي:

• التيار العادي المقدر بـ LBS: في حالة زيادة تصنيف المحول، تحقق من التيار المقنن لمحول LBS ≥ 1.25 × التيار المقننن الأساسي الجديد للمحول - إذا لم يكن كذلك، يلزم استبدال محول LBS
• تصنيف الصمامات ذات الجهد العالي: يتطلب تغيير تصنيف المحول إعادة اختيار الصمامات بالكامل وفقًا للخطوة 3 - قد لا يتوافق الصمام الذي تم تنسيقه بشكل صحيح مع المحول الأصلي مع الوحدة البديلة
• زيادة مستوى الخطأ: تؤدي ترقيات الشبكة التي تزيد من سعة المصدر إلى زيادة تيار العطل المحتمل - تحقق من أن تصنيفات مفتاح التأريض المنخفض ومفتاح التأريض Ik تظل أعلى من مستوى العطل الجديد

يعد شرط إعادة اختيار صمامات ترقية الشبكة هو أكثر متطلبات إعادة اختيار الصمامات التي يتم تجاهلها في أغلب الأحيان في مراجعة معلمات وحدة الدمج. الصمامات المصنفة بشكل صحيح لمحول 1000 كيلو فولت أمبير قد تكون مصنفة بشكل مفرط لوحدة بديلة بقدرة 630 كيلو فولت أمبير (تاركة فجوة حماية) أو أقل من تصنيفها لوحدة بديلة بقدرة 2000 كيلو فولت أمبير (فشل في التنسيق مع تيار التدفق الداخلي والتعثر المزعج أثناء التنشيط).

جدول صيانة دورة حياة الوحدات المدمجة

نشاط الصيانة	الفاصل الزمني	الطريقة	معيار القبول
قياس مقاومة التلامس LBS	كل 3 سنوات	مقياس أومتر دقيق ≥ 100 أمبير تيار مستمر	≤ 150% من خط الأساس للتشغيل التجريبي
الفحص البصري للصمامات ذات الجهد العالي	سنوي	بصري - تحقق من وجود انتفاخات، وتغير اللون، وحالة الغطاء الطرفي	لا ضرر مادي؛ استبدلها في حالة وجود أي شذوذ
فحص مقاومة الصمامات ذات الجهد العالي	كل 3 سنوات	مقياس الميليو أوم عبر جسم المصهر	في حدود ± 10% من قيمة الصمامات الجديدة
اختبار تشغيل مفتاح التأريض	سنوي	3 دورات فتح-إغلاق 3	تشغيل سلس، وبيان الموضع الصحيح
اختبار آلية الدبوس الضارب	كل 5 سنوات	الاختبار الوظيفي وفقًا للمعيار IEC 62271-105	يتم فتح LBS خلال الوقت المحدد على تفعيل المهاجم
الاختبار الوظيفي المتشابك	سنوي	تسلسل الاختبارات الخمسة	اجتياز جميع الاختبارات
التصوير الحراري	سنوي	الأشعة تحت الحمراء عند التيار المقنن	≤ 65 كلفن فوق درجة الحرارة المحيطة عند ملامسات الصمامات و LBS
مقاومة العزل	كل 3 سنوات	ميجر 5 كيلو فولت تيار مستمر 5 كيلو فولت	> 500 MΩ مرحلة إلى الأرض

مشغلات استبدال الصمامات ذات الجهد العالي

يجب استبدال الصمامات ذات الجهد العالي في الوحدات المدمجة - وليس فحصها وإعادتها إلى الخدمة - في الحالات التالية:

• بعد أي عملية خطأ: الصمامات التي انقطع عنها تيار العطل قد استهلكت قدرتها على امتصاص الطاقة - حتى لو كانت سليمة بصريًا، فإن خاصية التيار الزمني قد تغيرت ويجب استبدالها
• بعد أحداث التدفق الداخلي للمحول التي تتجاوز تيار تنسيق التدفق الداخلي المقدر: تتراكم أحداث الاندفاع المتكرر عالي الكثافة (على سبيل المثال، من تنشيط المحولات المتكرر) مما يؤدي إلى تراكم الذوبان الجزئي في عنصر الصمامات - مما يؤدي إلى تدهور خاصية التيار الزمني دون وجود دليل خارجي مرئي
• في العمر التقويمي المحدد من قبل الشركة المصنعة: يبلغ العمر التقويمي للصمامات المحددة للتيار عالي الجهد 15-20 سنة بغض النظر عن عدد العمليات - استبدلها عند العمر التقويمي حتى لو لم تحدث أي عمليات عطل
• بعد أي ضرر جسدي تشير الأغطية الطرفية المنتفخة أو تغير لون جسم الصمامات أو الخزف المتشقق إلى وجود تلف داخلي يتطلب الاستبدال الفوري

التكييف البيئي للوحدات المدمجة في تطبيقات ترقية الشبكة

العامل البيئي	التأثير على الوحدة المدمجة	الإجراء المطلوب
درجة الحرارة المحيطة > 40 درجة مئوية	LBS ومشتقات تيار الصمامات المطلوبة	تطبيق عوامل الاشتقاق من درجة الحرارة IEC 62271-1 - زيادة اختيار التيار المقنن
ارتفاع أكثر من 1,000 متر	تقليل قوة العزل الكهربائي	تطبيق الاستثناء من الارتفاع وفقًا للبند 2.1 من المواصفة القياسية IEC 62271-1 - التحقق من تصنيفات الجهد
رطوبة عالية (> 95% RH)	مخاطر تعقب سطح العزل	حدد الطلاء العازل المانع للتتبع أو البديل المعزول ب SF6
أجواء ساحلية/صناعية	التآكل المتسارع لأغطية أطراف الصمامات وملامسات LBS	حدد معدات من الفولاذ المقاوم للصدأ وطلاء ملامس مقاوم للتآكل

الخاتمة

إن اختيار وحدة الدمج المناسبة لحماية محولات الجهد المتوسط هي عملية هندسية من خمس خطوات هندسية تحل معلمات تصنيف المحولات، ومستوى خطأ النظام، وتنسيق الصمامات ذات الجهد العالي، ومعلمات تصنيف LBS، وتصنيف مفتاح التأريض بالتسلسل - مع توفير كل خطوة بيانات الإدخال للخطوة التالية. تكمن قيمة الوحدة المدمجة كحل لحماية المحولات على وجه التحديد في التفاعل الذي تم التحقق منه في المصنع بين مكوناتها الثلاثة: محول الجهد المنخفض الذي يتعامل مع التبديل العادي والعزل، والصمامات المحددة للتيار عالي الجهد التي تقطع تيارات الأعطال التي لا يمكن لمفتاح التأريض الذي لا يمكن لمفتاح التأريض أن يقطعها، ومفتاح التأريض الذي يوفر تأريض سلامة الأفراد مع إمكانية صنع خطأ E1 لحماية التغذية الخلفية للمحول من الدرجة الثالثة. قم بإجراء عملية الاختيار الكاملة المكونة من خمس خطوات لكل موضع حماية للمحول بشكل مستقل، وأعد التحقق من جميع معلمات الوحدة المركبة بعد كل ترقية للشبكة تغير تصنيف المحول أو مستوى خطأ النظام، وحدد تصنيف مفتاح التأريض E1 دون استثناء لمواضع مغذيات المحولات، وتحقق من تنسيق دبوس المهاجم من خلال شهادة اختبار النوع IEC 62271-105 قبل قبول أي وحدة مركبة في تطبيق حماية المحولات - لأن الوحدة المركبة المحددة بشكل صحيح تحمي المحول، والوحدة غير المحددة بشكل صحيح هي أخطر نقطة فشل واحدة للمحول.

الأسئلة الشائعة حول اختيار الوحدة المركبة لحماية المحولات الكهربائية

1. خاصية حماية حيث يقل زمن التشغيل مع زيادة حجم التيار. ↩

2. يحدد متطلبات التفاعل والاختبار لمجموعات صمامات مفاتيح التيار المتردد والصمامات. ↩

3. يحدد الحد الأقصى للتيار الذي يجب أن يقطعه مفتاح قطع الحمل عند تشغيل الصمام. ↩

4. ثابت عددي يُستخدم لحساب ذروة التيار المسموح به خلال عطل الدائرة القصيرة. ↩

5. يشير إلى قدرة المفتاح على الإغلاق بأمان على العطل مرتين دون أن يتلف. ↩