الأعطال الشائعة لمحولات الطاقة وتقنيات التحليل والتشخيص (2024)

تعتبر محولات الطاقة معدات كهربائية عالية الجهد مهمة تُستخدم على نطاق واسع في نظام الطاقة. بمجرد حدوث عطل أثناء التشغيل، سيؤثر ذلك على إمداد الطاقة للشبكة وقد يتسبب في خسائر اقتصادية مباشرة أكبر. على الرغم من أن المحول مزود حاليًا بحمايات متعددة، إلا أنه بسبب أسباب ذاتية، لا يزال معدل الأعطال مرتفعًا. تلخص أجهزة Kingrun أسباب أعطال المحولات الشائعة وتقنيات التشخيص المستخدمة من خلال تحليل بيانات موقع العطل التي يردها العملاء.

في عملية نقل وتوزيع الطاقة، تُعد محولات الطاقة جوهر تحويل الطاقة ونقلها. لن تتسبب الحوادث الخطيرة للمحولات في إتلافها فحسب، بل ستؤدي أيضًا إلى انقطاع التيار الكهربائي، مما يتسبب في خسائر اقتصادية هائلة. هناك أنواع مختلفة من أعطال المحولات، واتجاه حدوث العطل يختلف أيضًا. فقط من خلال الفهم الكامل للحالة التشغيلية الفعلية للمحول، والتطبيق الشامل للبيانات التاريخية والبيانات المتاحة عبر الإنترنت، واستخدام تقنيات التشخيص المختلفة، يمكن اكتشاف الأعطال الخفية في الوقت المناسب والقضاء على الأعطال في مهدها، وبالتالي ضمان التشغيل المستقر لنظام الطاقة.

1 تحليل الأعطال الشائعة لمحولات الطاقة
1.1 أعطال الدائرة الموصلة ومفتاح تنظيم الجهد
ينتج عطل الدائرة الموصلة بشكل رئيسي عن سوء تلامس الوصلات، وضعف لحام نقاط توصيل أسلاك الملفات أو اللحام غير الكامل. يؤدي الاتصال غير الجيد للنقاط إلى تولد حرارة أو حتى احتراق، مما يؤثر بشدة على التشغيل الطبيعي للمحول والتغذية الكهربائية الآمنة للشبكة؛ جميع أطراف توصيل الأسلاك الخارجية للمحول مصنوعة من النحاس، ولا يجب ربط موصلات الألومنيوم بأطراف النحاس بواسطة مسامير في الأماكن الخارجية والرطبة. عندما يتسرب الماء المحتوي على أملاح مذابة، أي الكهرل، بين أسطح تلامس النحاس والألومنيوم، تحت تأثير الاقتران الكهربائي، يتعرض الألومنيوم لتآكل كهربائي شديد، مما يؤدي إلى تلف نقاط التلامس بسرعة، مسبباً تولد حرارة وحتى وقوع حوادث كبيرة.
ينجم عطل مفتاح تنظيم الجهد بشكل أساسي عن فشل التلامس الرئيسي للمفتاح، أو ارتخاء أسلاك النقاط المتعددة للمفتاح، أو احتراق نقاط التلامس، أو عدم كفاية ضغط التلامس؛ أو سوء تلامس المفتاح في مفتاح تنظيم الجهد تحت الحمل، مما يؤدي إلى احتراق نقاط تلامس المفتاح.
1.2 عطل العزل
العزل الداخلي لمحولات الطاقة الكبيرة هو هيكل عزل مركب يتكون من مواد عازلة مثل الزيت والورق والكرتون، ويتعرض للتقدم في العمر باستمرار تحت تأثير إجهادات كهربائية وحرارية وميكانيكية وغيرها. خاصة بالنسبة للمحولات القريبة من العمر التصميمي، فإن موادها العازلة تشهد تسارعاً في التقدم بالعمر تحت تأثير الغلاف الجوي والرطوبة، مما له تأثير هائل على سلامة وموثوقية تشغيل المحول. كما أن تسرب الماء إلى المحول وابتلاله (بما في ذلك دخول الماء إلى طرفية العازل)، وسوء نوعية الزيت (ارتفاع فاقد العزل الكهربائي، وجود كائنات دقيقة، ارتفاع محتوى الماء)، والتسخين الموضعي، كلها قد تسبب تلف العزل والتحلل الحراري للمادة العازلة.
1.3 أعطال تولد الغاز
تشمل أعطال تولد الغاز الشائعة التفريغ الكهربائي والتسخين الزائد. وفقاً لكثافة طاقة التفريغ، غالباً ما تُقسم أعطال التفريغ في المحولات إلى ثلاثة أنواع: التفريغ الجزئي، والتفريغ الشراري، والتفريغ عالي الطاقة. أما أعطال التسخين الزائد فتعود بشكل رئيسي إلى أعطال الموصلات، وأعطال الدائرة المغناطيسية، وسوء التلامس والوصلات.
1.3.1 يحدث التفريغ الجزئي بشكل رئيسي بسبب وجود فقاعات هواء في الزيت أو فراغات في المادة العازلة الصلبة، مما يجعل التفريغ يحدث أولاً في فجوة الهواء؛ أو بسبب تأثير الظروف البيئية الخارجية. مثل عدم معالجة الزيت بشكل كامل مما يؤدي إلى تكون فقاعات هواء فيه، أو سوء جودة التصنيع كوجود زوايا حادة في بعض الأجزاء مما يسبب التفريغ، أو التفريغ الناتج عن سوء تلامس بين الأجزاء المعدنية أو الموصلات الكهربائية. على الرغم من أن كثافة طاقة التفريغ الجزئي ليست كبيرة، إلا أن تطوره قد يشكل حلقة مفرغة من التفريغ، تؤدي في النهاية إلى انهيار أو تلف المعدة، وتسبب حوادث خطيرة.
1.3.2 التفريغ الشراري الناتج عن الجهد العائم. الأجزاء ذات الجهد الأرضي، مثل الحماية المغناطيسية من صفائح السيليكون الصلب والمسامير المعدنية المختلفة للتثبيت، إذا كانت متصلة بالأرض بشكل غير محكم أو سقطت، فإن ذلك يؤدي إلى تفريغ بسبب الجهد العائم. كما أن سوء التلامس في طرف العازل عالي الجهد للمحول قد يشكل أيضاً جهداً عائماً ويسبب تفريغاً شرارياً. السبب الرئيسي للتفريغ الشراري في المحولات هو تأثير الشوائب في الزيت. يمكن أن يحدث التفريغ الشراري عند جهود أقل.
1.3.3 التفريغ القوسي هو تفريغ عالي الطاقة، وغالباً ما ينتج عن انهيار العزل بين لفات الملف، يليه انقطاع في الموصلات الخارجية أو شرارة تأريض أو تقوس في مفتاح تغيير النقاط.
تنتج أعطال التسخين الزائد بشكل رئيسي عن أعطال الموصلات، وأعطال الدائرة المغناطيسية، وسوء التلامس والوصلات.
1.4 أعطال الملفات
تشمل أعطال الملفات بشكل رئيسي: عيوب في لحام الوصلات، وقصر داخلي، وقصر بين الأطوار، وتأريض الملف، وقصر بين اللفات، وغيرها. السبب الرئيسي هو: (1) تلف العزل الموضعي للمحول أثناء الصيانة والتصنيع.
(2) التشغيل لفترات طويلة تحت حمل زائد وسوء تبديد للحرارة أثناء تشغيل المحول، وسقوط أجسام غريبة في الملفات، مما يؤدي إلى تقدم عمر العزل؛ (3) عدم إحكام الضغط، وسوء جودة التصنيع، وعدم قدرة المتانة الميكانيكية للمحول على تحمل صدمة القصر، مما يؤدي إلى تلف العزل وتشوه الملفات؛ (4) ابتلال الملفات وتلف العزل، مما قد يسبب تمدد العزل وسد مجرى الزيت، مؤدياً إلى تسخين موضعي للمحول.
1.5 عطل تسرب الزيت
لا يسبب تسرب زيت المحول خسائر اقتصادية كبيرة وتلوثاً بيئياً لشركات الكهرباء فحسب، بل يؤثر أيضاً على التشغيل الآمن للمحول. يحدث التسرب بشكل رئيسي عند لحامات خزان الزيت. يمكن إجراء اللحام مباشرةً للتسرب في وصلات الأسطح المستوية. أما بالنسبة للتسرب في وصلات الزوايا والأضلاع، فغالباً ما يصعب العثور على نقطة التسرب بدقة، أو قد يتسرب مرة أخرى بعد إصلاح اللحام بسبب الإجهادات الداخلية. لمثل هذه النقاط، يمكن إضافة صفيحة حديدية لإصلاح اللحام، حيث تُقطع الصفيحة إلى شكل مغزل للحام عند الوصلة من الجانبين؛ أو تُقطع إلى شكل مثلث للحام حسب الموقع الفعلي للوصلة من ثلاثة جوانب.
تسرب الزيت من قاعدة العازل عالي الجهد المرتفعة أو الشفة. تعود هذه المشكلة بشكل رئيسي إلى تركيب غير مناسب لحلقة التبطين المطاطية، ويمكن لصق الشفة وإغلاقها أثناء التشغيل. يحدث تسرب عازل الجهد المنخفض بسبب شد الناقل الكهربائي وقصر موصل الخرج من جانب الجهد المنخفض، وضغط حبة اللاصق على الخيط.
تسرب زيت أنبوب الانفجار. يعتبر أنبوب الانفجار إجراءً وقائياً لتجنب انفجار خزان المحول بسبب عطل داخلي يؤدي إلى ضغط زائد داخل المحول. ومع ذلك، يسهل كسر الغشاء الزجاجي لأنبوب الانفجار بسبب الاهتزاز أثناء تشغيل المحول، وإذا لم يتم استبدال الزجاج في الوقت المناسب، فإن الرطوبة تدخل خزان الزيت، مما يجعل زيت العزل رطباً، ويقلل من مستوى العزل، ويعرض سلامة المعدة للخطر. لذلك، يمكن إزالة أنبوب الانفجار وتعديله إلى صمام تخفيف الضغط.
1.6 عطل التأريض المتعدد النقاط
يجب تأريض قلب المحول الحديدي عند نقطة واحدة فقط، ويُعد التأريض عند نقطتين أو أكثر تأريضاً متعدد النقاط. يؤدي تشغيل قلب المحول بتأريض متعدد النقاط من ناحية إلى حدوث قصر موضعي وتسخين زائد في القلب الحديدي. ومن ناحية أخرى، بسبب التيار الدائر الناتج في سلك التأريض الطبيعي للقلب، قد يحدث تسخين موضعي للمحول، وقد تحدث أيضاً أعطال تفريغ، مما يعرض التشغيل الآمن للمحول للخطر ويجب معالجته في الوقت المناسب.

2 طريقة تشخيص أعطال محولات الطاقة وتقنية المراقبة عبر الإنترنت
2.1 طريقة تحليل وتشخيص أعطال المحولات
توجد العديد من طرق تحليل وتشخيص أعطال المحولات، تشمل بشكل رئيسي: طريقة الفحص البصري، وطريقة الاختبار الكهربائي الوقائي، وطريقة تحليل الغازات المذابة في الزيت.
2.1.1 طريقة الفحص البصري. بالنسبة للمحول قيد التشغيل، يمكن تشخيص بعض خصائص الأعطال الواضحة مباشرة من خلال الفحص اليومي للظواهر غير الطبيعية.
2.1.2 طريقة الاختبار الكهربائي الوقائي. تعد طريقة الاختبار هذه الطريقة التشخيصية الرئيسية للمحولات، وفعاليتها عامل حاسم لدقة نتائج التشخيص. يعتبر الحصول على نتائج اختبار موثوقة ودقيقة من خلال اختبارات فعالة متنوعة، المقدمة الأساسية للتشخيص الصحيح لأعطال المحولات.
2.1.3 تحليل الغازات المذابة في الزيت. لنوع الغازات المذابة في الزيت علاقة تطابق مع طبيعة العطل الداخلي للمحول. لذلك، هذه الطريقة فعالة جداً في تشخيص الأعطال الداخلية للمحول.
2.2 تقنية المراقبة عبر الإنترنت للمحولات
تهدف المراقبة عبر الإنترنت للمحولات إلى التعرف على حالة المحولات من خلال جمع وتحليل الإشارات المميزة لها، وذلك للكشف عن الأعطال الأولية للمحولات ومراقبة اتجاه تطور حالة العطل. حالياً، تعد المراقبة عبر الإنترنت لمحولات الطاقة واحدة من أكثر المواضيع دراسة في العالم، وقد تم اقتراح العديد من الطرق المختلفة. تقنية تحليل الغازات المذابة في الزيت. نظراً لأن الأعطال المختلفة داخل المحول تنتج غازات مختلفة، يمكن تحقيق هدف تشخيص عزل المحول من خلال تحليل مكونات ومحتوى ومعدل إنتاج والنسبة المئوية النسبية للغازات في الزيت.
تقنية المراقبة عبر الإنترنت للتفريغ الجزئي. يمكن أن يحدث التفريغ الجزئي بسبب شدة المجال الموضعي المفرطة عندما يتعطل المحول داخلياً أو يعمل تحت ظروف قاسية. يمكن أن تشير التغيرات الواضحة في مستويات التفريغ الجزئي ومعدلات نموه إلى التغيرات التي تحدث داخل المحول أو تعكس فراغات وجسيمات معدنية و فقاعات هواء، وما إلى ذلك، في العزل الصلب بسبب حالات عيوب معينة.
طريقة تحليل الاهتزاز. يعد تحليل الاهتزاز طريقة فعالة مستخدمة على نطاق واسع لمراقبة مثل هذه الأعطال في المحولات. من خلال مراقبة وتحليل إشارة الاهتزاز للمحول، يتم تحقيق هدف مراقبة حالة المحول.
تقنية قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء. تستخدم تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء كاشفاً للأشعة تحت الحمراء لاستقبال إشارة الإشعاع الحراري للهدف المقاس، وتضخيمها، وتحويلها إلى إشارة فيديو قياسية، ثم عرض الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء عبر شاشة تلفزيون أو شاشة مراقبة. عندما تكون وصلات الموصلات الخارجية للمحول غير جيدة، أو عند التشغيل بحمل زائد، وما إلى ذلك، فإن ذلك يسبب تسخيناً موضعياً في الدائرة الموصلة، كما أن التأريض المتعدد النقاط للقلب الحديدي يسبب أيضاً

طريقة تحليل استجابة التردد. يعد تحليل استجابة التردد طريقة فعالة للحكم على ما إذا كان هيكل ملف المحول أو موصلاته الخارجية قد انزاح. ينتج الانزياح الميكانيكي للملف تغيراً طفيفاً في الحث أو السعة، وتستخدم طريقة استجابة التردد لمراقبة حالة ملف المحول من خلال قياس هذا التغير الطفيف.
مؤشر درجة حرارة الملف. تُستخدم مؤشرات درجة حرارة الملف لمراقبة درجة حرارة ملفات المحول، وإعطاء إنذارات عند تجاوز الحدود، وتشغيل فصل الحماية عند الحاجة. حالياً، تم تطوير تقنية جديدة لمراقبة درجة حرارة ملفات المحولات الكبيرة، وهي تضمين ليف بصري داخل ملف المحول لقياس درجة حرارة الملف في الوقت الفعلي مباشرة، وبالتالي تحسين تقنية النمذجة التنبؤية للمحول، وتحقيق هدف مراقبة حالة درجة حرارة ملف المحول في الوقت الفعلي.
3 الخاتمة

مع التطور السريع لأتمتة أنظمة الطاقة، تزداد موثوقية التغذية الكهربائية يوماً بعد يوم. لتلبية هذا الطلب، يجب تطوير نظام مراقبة عبر الإنترنت أكثر ذكاءً. كما

شركة كينغران لأجهزة المحولات المحدودة

المزيد من أجهزة اختبار المحولات من كينغران