دليل اختيار وشراء أجهزة المراقبة المباشرة للغازات المذابة في زيت المحولات (مع مقارنة تقنية)

• هذا الجهاز (DGA) هو جهاز دقيق لرصد الحالة يتم توصيله مباشرةً بنظام دوران زيت المحولات الكهربائية الكبيرة، ويقوم برصد تركيزات الغازات الدالة على وجود أعطال في الوقت الفعلي من خلال أخذ العينات تلقائيًا عبر الإنترنت.

• لقد تغلب هذا الجهاز على التأخير الزمني الذي يتسم به الاختبار التقليدي غير المتصل بالإنترنت، ويتمتع بقدرة على المراقبة في الوقت الفعلي على مدار الساعة وبحساسية فحص عالية للغاية.

• يتم نشر هذه الأنظمة بشكل أساسي في العقد المركزية التي تتطلب درجة عالية جدًا من موثوقية إمداد الطاقة، وتُستخدم للوقاية من حوادث انقطاع التيار الكهربائي الكارثية الناجمة عن التفريغ الجزئي الخفي أو ارتفاع درجة الحرارة.

ما هو نظام تحليل الغازات المذابة (DGA) في زيت المحولات؟

أثناء تشغيل محولات الطاقة الكهربائية في ظروف تشغيل معقدة وطويلة الأمد، يتعرض الزيت العازل الداخلي والورق العازل الصلب للتحلل بسبب الإجهاد الحراري والكهربائي، مما يؤدي إلى انبعاث نسبة معينة من الغازات المذابة. ولرصد هذه التغيرات الكيميائية الدقيقة، تطورت تقنيات إدارة أصول شبكات الكهرباء بشكل كبير، من مرحلة أخذ العينات يدويًّا بشكل دوري وإرسالها إلى المختبرات لإجراء الاختبارات خارج الخط في المراحل المبكرة، إلى استخدام أجهزة مراقبة متكاملة للغاية تعمل في الوقت الفعلي. تشمل التقنيات السائدة حاليًا في السوق تقنية التحليل الطيفي الكلاسيكي للزيت، وتقنية التحليل الطيفي الضوئي الصوتي المتطورة، بالإضافة إلى تقنية التحليل الطيفي للزيت القائمة على مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء، وتقنية الكشف المبتكرة عن مجموعات الزيت المنخفضة. وتتميز كل مسار من هذه المسارات التقنية بمزايا خاصة بها فيما يتعلق بحساسية النظام وتكاليف الصيانة اليومية والحد من التداخل المتبادل، لكن مهمتها النهائية متطابقة إلى حد كبير، وهي توفير الدعم بالبيانات في الوقت الفعلي لتشخيص أعطال المحولات الحديثة، ومساعدة موظفي تشغيل وصيانة شبكات الكهرباء على تحديد الأعطال المحتملة مسبقًا.

ما هي الغازات المميزة التي يمكن لجهاز المراقبة الفورية للمحولات رصدها؟

تنتج الزيوت العازلة والورق العازل، في ظل أنواع مختلفة من الأعطال ومستويات طاقة متنوعة، تركيبات غازية مميزة تختلف تمامًا نتيجة للتحلل التحفيزي. وعادةً ما يتمكن جهاز الرصد الفوري الجيد من القياس الكمي الدقيق للغازات السبعة الأساسية التالية:

• الهيدروجين (H₂): غاز يُعد مؤشراً مبكراً على حدوث تفريغ جزئي أو قوس كهربائي أو تعرض زيت العزل للرطوبة أو الحرارة.

• الميثان (CH₄) والإيثان (C₂H₆): يتولدان بكميات كبيرة عادةً عند حدوث ارتفاع في درجة الحرارة عند درجات منخفضة داخل المحولات.

• الإيثيلين (C2H4): الغاز الهيدروكربوني الرئيسي الذي يتشكل نتيجة ارتفاع درجة حرارة المعدن المكشوف.

• الأسيتين (C2H2): المؤشر الأكثر خطورة، الذي يشير إلى تفريغ قوس كهربائي عالي الطاقة بدرجة حرارة تصل إلى آلاف الدرجات أو إلى تفريغ موضعي شديد.

• أول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO₂): يشير الارتفاع غير الطبيعي في تركيزات هذين الغازين بشكل مباشر إلى تعرض الورق المقوى العازل للرطوبة أو إلى تسارع عملية تقادمه.

من خلال المقارنة الدقيقة للنسب النسبية بين هذه الغازات داخل حجرة الفحص، يمكن لهذه الأجهزة أن تُحوّل التفاعلات الكيميائية المعقدة إلى إشارات إنذار مبكرة واضحة، مما يسد بشكل كبير الثغرات الموجودة في الاختبارات اليدوية التقليدية لزيت العزل.

مبادئ عمل نظام الرصد الكروماتوغرافي لزيت المحولات التقليدية ومزاياه وعيوبه

تُستخدم أنظمة المراقبة المباشرة التقليدية القائمة على كروماتوغرافيا الغاز في شبكات الكهرباء على نطاق واسع منذ سنوات عديدة، وتشمل إجراءات عملها الدقيقة أخذ العينات الدورية المباشرة، والفصل عالي الكفاءة بين الغاز والزيت، والفصل الدقيق للغازات وقياس كمياتها بدقة. يستخدم الجهاز تقنية إزالة الغازات بالفراغ لاستخلاص وفصل الغازات المختلطة، ثم يقوم غاز حامل عالي النقاء بدفع الغازات إلى عمود كروماتوغرافي ثابت الحرارة، حيث يتم فصل الجزيئات المختلفة وتحديد كمياتها واحدة تلو الأخرى بناءً على اختلاف قدرتها على الامتصاص. تتميز تقنية التحليل الطيفي للزيت بدقة فائقة في الفحص، وتُعتبر معيارًا أساسيًا في جميع إرشادات تشخيص الأعطال. ولكن عند النظر في شرائها، فإن تشغيلها يعتمد بطبيعة الحال على مصدر غاز حامل عالي النقاء، كما أن أعمدة الكروماتوغرافيا تتسم بخاصية التقادم، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة في المراحل اللاحقة بسبب استهلاك المواد الاستهلاكية والحاجة إلى المعايرة الدورية.

لماذا أصبحت تقنيات الطيف الضوئي الصوتي والطيف الزيتي من أكثر التقنيات رواجًا في مجال المشتريات؟

من أجل التغلب بشكل جذري على المشاكل التي تعاني منها أنظمة المراقبة التقليدية، مثل استهلاك الغاز الحامل وصيانة أعمدة الكروماتوغرافيا، برزت تقنية الطيف الضوئي الصوتي كقوة جديدة في موجة التحديث الذكي. وهي في جوهرها شكل متطور من أشكال تحليل الطيف الضوئي، حيث تستخدم ليزرًا بالأشعة تحت الحمراء بطول موجي محدد لتسليط الضوء مباشرةً على الغازات المختلطة المنبعثة. وعندما تمتص جزيئات غازات الهيدروكربونات المحددة الفوتونات المطابقة، فإنها تنتج تمددًا حراريًا، مما يؤدي بدوره إلى إثارة الموجات الصوتية. ومن خلال التقاط الإشارات الصوتية بواسطة ميكروفون عالي الحساسية، يمكن استنتاج التركيز الدقيق. ونظرًا لعدم الحاجة مطلقًا إلى الغاز الحامل، وكذلك القضاء على مشكلة تقادم أعمدة الكروماتوغرافيا، فإن هذه التقنية تحقق تشغيلًا “خالٍ تمامًا من المواد الاستهلاكية”، وتطيل فترة الصيانة إلى عدة سنوات، لتصبح الخيار المفضل الجديد في عمليات الشراء لمحطات التحويل عالية المستوى والمحطات غير المأهولة.

اختيار أنظمة المراقبة عبر الإنترنت للمحولات: جدول مقارنة بين تقنيات التحليل الطيفي للزيت، والتحليل الطيفي الضوئي الصوتي، وتقنية المجموعات منخفضة الزيت

عند اختيار أنواع المعدات وشرائها، يتعين إجراء تقييم شامل لتكاليف التشغيل والصيانة ودقة الفحص. في السنوات الأخيرة، وبالإضافة إلى التحليل الكروماتوغرافي والطيفي لجميع المكونات، أصبحت تقنية تحليل العينات ذات المحتوى الزيتي المنخفض (التي تعتمد على سحب كمية ضئيلة جدًا من عينة الزيت وإجراء تحليل مشترك وفقًا لمجموعات الغازات الرئيسية) اتجاهًا جديدًا يوازن بين الكفاءة والتكلفة.

كيف تختار عندما تكون ميزانيتك محدودة؟ مستشعر الهيدروجين أحادي المكون ذو القيمة العالية مقابل السعر

في بعض الحالات التي تتسم بالحساسية تجاه التكلفة، أو التي تتضمن محولات ذات سعة صغيرة، أو عمليات تحديث شبكات الكهرباء القديمة، قد يواجه نشر أنظمة متعددة المكونات قيودًا مالية. في هذه الحالة، توفر مستشعرات الهيدروجين أحادية المكونات القائمة على أشباه الموصلات الصلبة أو الكيمياء الكهربائية حلاً وسطًا ذا قيمة عالية مقابل التكلفة. ذلك لأن الهيدروجين غالبًا ما يكون الغاز النذير الأول الذي يتولد وينتشر بأسرع ما يمكن، سواء في حالات الأعطال الحرارية أو الكهربائية. ورغم أن هذه المستشعرات لا توفر تشخيصًا تفصيليًّا وفقًا لمثلث ديفيد، إلا أنها قادرة على إصدار إنذارات عتبة حساسة للغاية عند حدوث ارتفاع طفيف في درجة الحرارة في المراحل المبكرة، مما يجعلها خط دفاع ممتازًا لاعتراض الأعطال الأولية.

ما هي المشكلات التي يمكن لأجهزة DGA المزودة بنظام التشخيص الذكي للأعطال أن تحلها؟

لم تعد أجهزة المراقبة الحديثة المتطورة عبر الإنترنت مجرد أجهزة استشعار، بل أصبحت أجهزة ذكية تدمج بشكل عميق بين استخراج البيانات الضخمة وخوارزميات التعلم الآلي. ويقوم النظام تلقائيًا بتطبيق النظريات الواردة في معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، مثل طريقة نسبة روجرز، لإجراء تقييم دقيق لنتائج التحليل. عند الشراء، تقوم الأجهزة المزودة بنظام خبير بإجراء تحليل ارتباطي متعدد الأبعاد بين اتجاهات تركيز المكونات وحمل المحول ودرجة حرارة الزيت في الطبقة العليا، مما يؤدي إلى تصفية أخطاء العينات الفردية بشكل فعال، والكشف الدقيق عن علامات الشيخوخة الحرارية للورق في مراحلها المبكرة جدًا أو التفريغ الموضعي الطفيف، مما يقلل بشكل كبير من عبء التحليل اليدوي للبيانات.

متطلبات التركيب والإرشادات الخاصة بجهاز المراقبة الآلية للمحولات الكهربائية

تعتمد دقة الجهاز بشكل كبير على إجراءات التركيب الصارمة في الموقع. خلال مرحلة التنفيذ، يجب ضمان الإغلاق التام لنظام أخذ العينات وإعادة تدفق الزيت بين جسم المحول وأجهزة المراقبة. فأي تسرب ضئيل يسبب ضغطًا سلبيًا سيؤدي إلى تسرب الهواء الخارجي، مما يؤدي إلى أخطاء تشخيصية خطيرة. وفي الوقت نفسه، يجب أن يتبع مد الأنابيب مبادئ التصميم الهيدروديناميكي، مع تجنب وجود مناطق زيت راكد بشكل قاطع، لضمان أن تكون العينات المأخوذة في كل مرة من الزيت النشط. ويجب على الجهة المشترية أن تعتبر جودة تركيب الأنابيب مؤشرًا تقييميًا رئيسيًّا عند الاستلام.

كيف يمكن ضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل بعد الشراء؟ دليل صيانة المعدات ومعايرتها

تتطلب الأجهزة التي تعتمد على مسارات تقنية مختلفة استراتيجيات تشغيل وصيانة مصممة خصيصًا. بالنسبة لأنظمة التحليل الطيفي الزيتي، يجب استبدال شبكات الترشيح ذات الدرجة الميكرونية بدقة تامة وفقًا للإجراءات المعيارية، واستخدام غازات مختلطة قياسية لإجراء المعايرة. أما بالنسبة لأجهزة التحليل الطيفي الضوئي الصوتي التي تعتمد على تصميم خالٍ من المواد الاستهلاكية، فلا يزال من الضروري إجراء معايرة دورية لمقدار تضاؤل مصدر الأشعة تحت الحمراء وحساسية مضخم الصوت الميكروفيوني. ويعد الالتزام بمقارنة بيانات المعدات سنويًّا مع تقارير الاختبارات غير المتصلة بالإنترنت الصادرة عن المختبرات المعتمدة أمرًا حيويًّا لضمان أن يوفر هذا النظام دعمًا موثوقًا بالبيانات لاتخاذ قرارات الإصلاح العاجل.

الأسئلة الشائعة: إجابات على الأسئلة الشائعة حول المشتريات واختيار الطرازات

1. بعد تركيب جهاز المراقبة الآلية على المحول، هل يمكن إلغاء اختبار زيت العزل يدويًّا في المختبر بشكل كامل؟

لا يمكن إلغاؤها تمامًا. تتمثل الميزة الأساسية لأجهزة المراقبة عبر الإنترنت في رصد اتجاهات إنتاج الغاز غير الطبيعية في الوقت الفعلي وعلى مدار الساعة. ولكن بعد إصدارها إنذارًا بحدود خطيرة، تتطلب معايير السلامة أخذ عينات يدويًّا وإرسالها إلى المختبر لإجراء اختبارات عالية الدقة خارج الخط للتحقق منها، حيث يكمل كل منهما الآخر.

2. عند اختيار نوع محطة التحويل الجديدة، كيف يمكن الاختيار بين تقنية التحليل الطيفي الزيتي التقليدية وتقنية التحليل الطيفي الضوئي الصوتي الحديثة؟

لكل منهما السيناريوهات المثلى للاستخدام. تتمتع تقنية الطيف الزيتي التقليدية بتاريخ عريق، وهي مناسبة للمواقع التي تتمتع بسهولة الوصول إليها ويسهل فيها تجديد المواد الاستهلاكية. أما تقنية الطيف الضوئي الصوتي، فهي تعمل فعليًّا دون الحاجة إلى مواد استهلاكية وتتميز بمقاومة عالية للتداخل، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة اليدوية في المراحل اللاحقة، وهي مناسبة جدًّا للمواقع غير المأهولة.

3. لماذا يقوم النظام بتشغيل الإنذار من أعلى مستوى فور اكتشافه لكميات ضئيلة جدًا (بضعة أجزاء في المليون) من غاز الأسيتيلين؟

يتطلب توليد الأسيتين طاقة عالية جدًا (عادةً ما تزيد عن 800 درجة مئوية). وحتى لو التقطت المستشعرات كميات ضئيلة جدًا من الأسيتيلين، فإن ذلك يُعد دليلاً قاطعًا على حدوث قوس كهربائي عالي الطاقة ومدمر للغاية أو تفريغ كهربائي موضعي خطير داخل المحول. ومن السهل جدًا أن تؤدي هذه الأعطال إلى انفجارات، ولذلك فإن عتبة تحديدها صارمة للغاية.

4. عند تركيب أجهزة المراقبة عبر الإنترنت من هذا النوع، هل من الضروري إيقاف التيار الكهربائي عن المحول الرئيسي للتنسيق مع العملية؟

يعتمد ذلك على تكوين الصمامات في الموقع. إذا تم تجهيز صمامات أخذ عينات قياسية لا تتسبب في أي تداخل، فيمكن تركيب بعض الأجهزة المزودة بتصميم وصلات سريعة مانعة للارتجاع بشكل متوافق مع المعايير أثناء التشغيل. ولكن لضمان السلامة المطلقة، أو في حالة وجود خطر تسرب من الصمامات الأصلية، لا تزال معظم الشركات تختار إتمام التركيب أثناء فترة إيقاف تشغيل المحول للصيانة.

5. هل يمكن إجراء تشخيص شامل لأعطال المحولات من خلال تركيب مستشعر هيدروجين واحد فقط؟

لا. يعتبر مستشعر الهيدروجين المنفرد أداة إنذار مبكر ممتازة، لكنه لا يستطيع تحديد النسب المحددة لمختلف الغازات. ولا يمكن إجراء تشخيص متعمق لأسباب الأعطال باستخدام طريقة النسب إلا من خلال الحصول على البيانات الكاملة.

6. كيف تؤثر كفاءة إزالة الغازات داخل أجهزة المراقبة عبر الإنترنت على دقة التحليل النهائي؟

تعد مرحلة إزالة الغازات بمثابة «الحلق» الفيزيائي. فإذا حدث انسداد في جهاز إزالة الغازات (أو حجرة الاستخلاص بكميات ضئيلة في مجموعة الزيوت القليلة)، فلن يتم استخلاص الغازات المذابة بنسب متساوية، مما يؤدي إلى فقدان تمثيلية عينات الغاز في المرحلة اللاحقة، وبالتالي تشوه البيانات التحليلية بشكل خطير.

7. تتقلب التركيزات الأساسية لبعض أنواع الغازات الهيدروكربونية تقلبات طفيفة باختلاف الفصول، فهل هذا أمر طبيعي؟

هذا أمر طبيعي. تتأثر قابلية ذوبان الغازات في الزيت العازل تأثراً كبيراً بدرجة الحرارة. ففي الصيف، عندما ترتفع درجات الحرارة، تنخفض قابلية الذوبان، فتتسرب بعض الغازات؛ أما في الشتاء، عندما تنخفض درجات الحرارة، ترتفع قابلية الذوبان مرة أخرى. وتقوم خوارزميات المراقبة المتطورة تلقائيًا بإدخال متغير درجة حرارة الزيت للتعويض عن ذلك، وبالتالي استبعاد هذا النوع من التداخلات الحرارية.